拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析.pdf

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1、第38卷第4期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vo1．38No．42014年8月JournalofWuhanUniversityofTechnologyAug．2Ol4(TransportationScience&Engineering)拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析*张和平王晓斌莫易敏满健康王赓陈璩(武汉理工大学机电工程学院武汉430070)摘要：为了研究拧紧速度对螺栓拧紧特性的影响，利用多功能螺栓紧固分析系统对紧固件进行转矩夹紧力试验，通过试验分析得m摩擦系数随着拧紧速度的增大而减小并逐渐趋于稳定；同时摩擦系数是影响转矩系数的主要因素，转

2、矩系数是摩擦系数的增函数，在一定范围内，转矩系数与摩擦系数呈同增减趋势；紧固件的拧紧过程，摩擦会产生高温，温度变化是使摩擦系数发生变化的重要冈素．关键词：螺栓；摩擦系数；轴向预紧力；拧紧速度；拧紧转矩中图法分类号：TH13l_1doi：10．3963／j．issn．2095—3844．2014．O4．O350引言而影响摩擦系数的因素主要有拧紧速度、表层处理性质、表面粗糙度、加工精度、温度等．本文近年来，随着我国汽车产品及相关工艺技术主要研究拧紧速度对摩擦系数的影响．图1为控的引进与消化吸收，人们对螺纹紧固件的认识逐制螺栓拧紧速度时拧紧转矩分配示意图

3、．渐加深，尤其是对螺纹紧固件质量、螺栓拧紧速度拧制等尤为重视．在装配过程中通过控制螺栓拧l紧速度来有效的控制螺栓摩擦系数，从而减少转矩系数的分散，提高螺栓使用性能．本文采用转矩控制法来间接实现轴向力控克服支承摩擦转矩45％．50％，实验过程中通过对不同拧紧速度对螺纹紧件摩擦系数和转矩一预紧力关系进行了实验分＼克服螺：转矩35·析，得m拧紧转速对摩擦系数和转矩系数具有较大影响，因此在整车装配过程中，控制拧紧速度对拧紧转矩提高螺栓使用效能具有重大意义．图1螺栓拧紧转矩分配1．1拧紧速度对摩擦系数的影响理论分析1螺栓联接理论分析在螺栓拧紧过程中，接触表面

4、会产生相对滑动，必然会引起接触表面产生摩擦，导致接触面磨拧紧螺栓联接时，螺纹紧固件的拧紧力矩大损，改变摩擦面的温度．拧紧速度较低时，紧固件部分是用来克服由于螺纹摩擦和支撑面摩擦而产的磨损主要以磨粒磨损和轻微塑性变形及犁沟为生的力矩，仅少部分的转矩转化为螺栓拧紧所需主，此时接触表面的温度较低，不易形成氧化膜，轴向预紧力．影响预紧力的主要因素除了使用的在拧紧时候接触表面容易产生粘着，摩擦系数较广具及拧紧方法外，还有紧固件的摩擦系数．大；随着拧紧速度提高及磨损时间的增加，导致强收稿t期：2014-02—20张和平(196卜)，男，硕士，副教授，主要研究领

5、域为机械制造及自动化*校企合作科研基金项目资助(批准号：01W10911010-OR()B)第4期张和平，等：拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析·861·烈磨损，摩擦接触面因大量摩擦热使表层元素发生转移，不同生成膜的生成导致了材料表面性质2试验研究及接触表面的接触状况的改变，材料耐磨性因此发生改变，从而影响摩擦系数．拧紧速度越高，由2．1试验材料接触表面相对滑动使接触表面的温度增加也越明试验螺栓统一为六角头螺栓，螺母为六角法显，紧固件更容易产生变形，达到稳定且相对较低兰螺母，两者表面处理方式相同，处理后螺栓与螺的摩擦系数．由经验公式：母采用6H／6g

6、配合．被连接材料为45#，板厚一0e一为3mm，机械加工后表面粗糙度为3．2，锐角倒式中：。为静摩擦系数；为转速；c为常数．钝．其他参数见表1．根据公式可知，随着拧紧速度的增加，摩擦系表1试验材料属性数随之减小．同时在拧紧过程中，拧紧转矩转化为轴向预紧力对摩擦的影响主要在于形成的摩擦膜上，低速时摩擦膜上产生很多裂纹摩擦系数较大，拧紧速度提高时，摩擦膜较为完整，此时摩擦系数小，所以摩擦系数随预紧力的增加而减小[=1]．目前针对螺纹副摩擦系数的检测设备主要是德国多功能螺栓紧固分析系统．下列公式按照国标GB／T16823．3—2010得出l_2]，总摩擦

7、系数计算公式TPF27c⋯一瓦2．2试验方法nD()+dh一—为提高螺栓联接质量，汽车装配过程中广泛采用计算机控制综合拧紧技术，此技术可以对拧式中：P为螺距；d为螺纹中径mm；Db为支承面紧过程施行自动控制，又可对拧紧的结果进行监摩擦的有效直径，mm；D为支承面外径，mm；d测．就目前技术而言，转矩控制法具有控制系统简为与螺纹接触的孔径，mm．螺纹摩擦系数：单，易于用扭力传感器或高精度的转矩扳手来检查拧紧的质量且成本较低等优点．hP—F27c⋯本试验利用德国多功能螺栓紧固分析系统对t一丽么紧固件进行试验，试验台架有3个传感器分别测支承面摩擦系数：出

8、转角、转矩、轴向预紧力3个参量．通过上述公丁h⋯一式的计算软件可以获得以下参数：转矩系数、摩擦面系数(总摩擦系数、螺纹摩擦