表面处理对螺栓拧紧特性有影响吗?

表面处理对螺栓拧紧特性有影响吗?有。为了减少螺栓扭矩系数的分散误差和提高防腐性能,紧固件通常都会进行表面处理。然而不同表面处理对螺纹紧固件的摩擦系数有很大的影响,最终会影响螺栓的拧紧特定的。下面台达和众紧固件带领大家一起来分析下,表面处理对螺栓拧紧特性的影响。

一、摩擦系数对螺栓扭矩系数影响的理论分析

1、螺栓连接拧紧力矩

1.1三角形螺栓螺旋副中的摩擦

移动副摩擦按照接触面的形状可分为平面摩擦、斜面摩擦和槽面摩擦。为了简化移动副摩擦力的计算,不论移动副的两运动副元素的几何形状如何,均可将两构件不同几何形状的接触看作是沿单一平面接触的移动副(如图1所示),而将其摩擦力的计算式表达为式(1)所示的统一计算公式:

槽面摩擦:三角形螺纹旋转副可以把螺母在螺杆上的运动近似地看作楔形滑块在斜槽面的运动,即槽面摩擦加斜面摩擦的组合形式,此时槽面夹角等于90°-β(如图2所示)。

1.2螺栓的拧紧力矩

螺栓拧紧过程中所需要的总力矩为两个部分:克服螺纹副摩擦的拧紧力矩和螺栓头或螺母与支撑面间的摩擦力矩。

2、螺栓连接扭矩系数

螺栓总力矩分为3部分,即螺栓支撑面摩擦消耗,螺纹摩擦消耗和预紧力消耗。

从表1可以看出,拧紧过程中能量在螺栓支撑面摩擦消耗约50%、螺纹摩擦消耗约40%、预紧力做功消耗约10%。在相同的拧紧扭矩下,当摩擦系数变化0.05时,预紧力的变化幅度高达43.1%,也就是说如果螺栓表面处理状况出现一点点的不同,假设使摩擦系数增大0.05,轴向预紧力就只有原来的57%,这会给螺栓连接的可靠性带来重大的安全隐患,因此必须充分重视螺纹副摩擦系数的研究。

二、表面处理对扭矩系数影响分析

经多功能螺栓紧固分析系统,可以测量出螺栓拧紧过程中的夹紧力、总扭矩和螺纹副上的扭矩,对夹紧力与扭矩的关系能够精确实时的反映,同时可以测出螺栓螺纹和螺栓头支撑面的摩擦系数。经过数据分析可得出,镀锌层度对螺栓头部摩擦系数影响不大,但是对螺纹摩擦系数影响较大,最终也对扭矩系数造成较大的影响。

三、表面处理对螺栓许用强度的影响

螺纹紧固件在拧紧的时候受到的是扭一拉复合应力作用,根据第三强度理论,螺纹紧固件许用的等效应力可按式(9)求得:

螺纹紧固件在拧紧的时候总力矩分为三个部分,即螺栓支撑面摩擦消耗、螺纹摩擦消耗、预紧力消耗。螺栓支撑面摩擦消耗、螺纹摩擦消耗使螺纹紧固件杆部承受扭转的剪应力,预紧力消耗使螺纹紧固件杆部产生实际拉应力,螺栓所能承受的等效拉应力是一定的,不能超出螺栓的屈服应力,因此降低螺纹紧固件杆部承受扭转的剪应力,可以提高实际预紧力产生的拉应力,即降低螺栓支撑面摩擦消耗和螺纹摩擦消耗使扭矩尽可能地转化为预紧力。

经摩擦系数分析,说明摩擦系数小的螺栓,只需加载一个很小的扭矩即可得到一个更大的轴向预紧力,这对于节省能耗和提高螺栓的使用效能是非常有意义的。

四、哪些因素影响螺栓拧紧特性

(1)通过分析,得出了摩擦系数对拧紧过程中能量在螺栓支撑面摩擦消耗、螺纹摩擦消耗、预紧力做功消耗的影响规律,摩擦系数微小的变化,可以引起较大的预紧力变化。

(2)对不同表面处理与螺纹紧固件摩擦系数和扭矩一预紧力的关系进行了实验分析,得出了镀锌层厚度以及不同铬酸盐处理对摩擦系数和扭矩系数的影响规律,即镀层厚度越大,摩擦系数越高;铬酸盐处理为c2C比铬酸盐处理为c2D的摩擦系数要大很多。

(3)使用铬酸盐处理为c2D的螺栓比c2C铬酸盐处理的螺栓,可以减少扭矩在螺栓支撑面摩擦消耗和螺纹摩擦消耗,获得更大的轴向预紧力,这对于节省能耗和提高螺栓的使用效能具有非常重要的意义。