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擰緊速度對螺栓轉矩系數的影響分析

作者:admin來源:本網 日期:2017-6-22 8:47:44 人氣: 標簽:

  近年來,隨著我國汽車產品及相關工藝技術的引進與消化吸收,人們對螺紋緊固件的認識逐漸加深,尤其是對螺紋緊固件質量、螺栓擰緊速度控制等尤為重視。在裝配過程中通過控制螺栓擰緊速度來有效的控制螺栓摩擦系數,從而減少轉矩系數的分散,提高螺栓使用性能。

  本文采用轉矩控制法來間接實現軸向力控制,在。

  2.3試驗數據處理與結果分析公司研制的多功能螺栓緊固分析系統,將螺栓固定,對螺母在相同擰緊速度15r/min的情況下進行五組實驗;扭緊裝置對螺母施加線性增加的轉矩(直到200Nm左右停止),儀器自動記錄螺栓軸向預緊力隨著轉矩增加而變化的曲線。接著換一對螺栓螺母,用孔板上的2號孔裝配,重復上述實驗過程至5次。同理將擰緊速度設置為30,45,50,55,60!7/1!111,在各種擰緊速度下進行五組試驗,儀器分別記錄其數據。

  表2為緊固件在不同擰緊速度時的均值數據。

  表2緊固件在不同轉速下的均值數據螺栓擰最大緊速度轉矩/(Nm)最大軸向預緊力/(KN)總摩擦系數支承面摩擦系數螺紋摩擦系數轉矩擰緊速度下緊固件摩擦系數與轉矩系數的直方圖如、。通過分析可以得出:1)隨著緊固件擰緊速度的增大,總摩擦系數緩慢減小至趨于0.12,螺紋摩擦系數逐漸減小。擰緊速度從30r/min提高至45r/min,總摩擦系數與螺紋摩擦系數減幅較大,通過數據可知緊固件擰緊速度對摩擦系數有較大影響,并且在較高擰緊速度條件下摩擦系數減幅比較低速度條件下要小。試驗結果表明,當擰緊轉矩趨于屈服轉矩時,摩擦系數隨擰緊速度的增大而減小,并逐漸趨于穩定。且當速度為55,60r/min時,摩擦系數達到了0.12,非常符合歐洲汽車裝配過程中對緊固件摩擦系數控制范圍,其范圍為0.070.12.由可見,緊固件擰緊速度較低條件下的轉矩系數明顯高于較高速度狀態下的轉矩系數。當對緊固件擰緊速度控制為15r/min時,緊固件的轉矩系數在0.25左右,軸向預緊力為72.05kN;當對緊固件的擰緊速度提高到60r/min時,緊固件的轉矩系數在0.15左右,軸向預緊力為85.11kN;軸向預緊力增幅較大。由轉矩計算公式可知轉矩系數決定了在擰緊轉矩的轉化中軸向預緊力所占的比例,當擰緊轉矩趨于屈服轉矩時,轉矩系數K值越小,對應轉化為軸向預緊力的值也較大,軸向聯接可靠性較高,保證了螺栓的可靠服役。

  不同擰緊速度下螺栓的轉矩系數2)由實驗數據分析可知,隨擰緊速度的增加,摩擦系數總體上減小。從兩方面闡述原因:(1)由實驗數據可知,擰緊速度較低時,擰緊轉矩轉化成的軸向預緊力較小,此時摩擦系數比較大,這是由于鍍層與聯接件的粘結力較小,容易發生脫落。同時緊固件實際接觸面積比較少,脫落的鍍層會增大接觸面的粗糙度,使摩擦系數增大。在擰緊速度較大時,擰緊轉矩轉化成的軸向預緊力較大,合適的軸向預緊力有助于緊固件與被聯接件之間的潤滑抑制接觸面的粗化,導致摩擦系數必然減??;2)另一方面,因為在緊固件的擰緊過程,擰緊速度引起接觸表面發熱和溫度的變化使摩擦副表面材料的性質和接觸狀況發生改變,從而影響摩擦系數。當擰緊速度較低時,接觸表面的摩擦熱影響小,此時摩擦表面不易形成氧化膜,在實際接觸表面容易產生粘著,導致摩擦系數較大;當擰緊速度增大時,接觸表面由于摩擦而升溫,分子熱運動使粘著點剪切強度減少,摩擦系數降低。

  3擰緊速度對螺栓許用強度的影響普通螺栓聯接,在擰緊螺母時,螺栓不僅受到預緊力F產生的拉應力心還受到了轉矩了產生的切應力r,螺栓處于拉伸和扭轉的復合作用,對于普通螺紋螺栓,應用第四強度理論,計算螺栓危險剖面的當量應力為由式(6)可知,受預緊力的普通螺栓,預緊后受復合應力,在計算強度時可將拉應力增大30%,當作只受軸向拉力計算螺栓的強度。因此,只受預緊力作用的緊螺栓聯接的強度條件為:由上可知,在擰緊過程中,必須控制擰緊轉矩轉化軸向預緊力的大小從而保證螺栓截面拉伸強度在許用拉應力范圍之內。從表2中可以得知,對比擰緊速度為15r/min與60r/min時,所需擰緊轉矩從200.02Nm減小到149.14Nm,減小25%;軸向預緊力從72.05kN增到85.11kN,增大18%,說明在緊固件裝配過程中控制擰緊速度,只需要對緊固件施加較小的擰緊轉矩就可以提高軸向預緊力達到預期的目的。故在彈性區域內,適當提高擰緊速度,擰緊轉矩達到屈服狀態前,轉矩系數越小,產生的軸向預緊力就越大,擰緊螺栓聯接更具效能,見。

  4結論通過理論與試驗分析可知摩擦系數是影響轉矩系數的主要因素,轉矩系數是摩擦系數的增函數,在一定范圍內,轉矩系數與摩擦系數呈同增減趨勢。

  擰緊速度對摩擦系數影響較大,摩擦系數隨著擰緊速度的增大而減小趨于穩定,因此應嚴格控制擰緊速度,從而更好的控制動態擰緊力矩。

  轉矩系數在整個擰緊過程中并非一成不變的,在屈服之前,轉矩系數在整個擰緊過起著重要作用。

  緊固件的擰緊過程,摩擦會產生高溫,溫度變化是使摩擦系數發生變化的重要因素。

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