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在紧固过程中估算摩擦系数 当涉及到要评估螺栓紧固过程中所出现的各种情况时,确定预紧力仍是一个复杂的程序。尽管如此,还是投入了精力去研究,以便用简便的方法在生产过程中预测螺栓连接内的摩擦情况。在生产中所有的装配都是为了获得理想预紧力的间接方法,用转矩控制的拧紧方法是最常用的方法,这种方法可以使用很平常的基本装配工具。如果所施加的转矩是在预定的公差范围内,那么就可以认为所产生的预紧力是在设计的范围内。但是,在多大的程度上,装配工作人员才认为这两个变量,即转矩和预紧力彼此成比例呢?什么因素会影响这种关系的变化呢? 首先,紧固件的几何形状决定了多大的转矩可以产生一个特定的预紧力,在这方面,螺距是一个决定性的因素。螺栓是一个几何体,它相当于一种“螺旋上升的平面”,因此,影响了整个螺纹连接中力的分布情况。 第二个因素是螺栓连接内的固有摩擦关系,它影响着螺栓连接中各个力的相互依存关系。这里所指的就是在材料或垫圈之上转动的支承面摩擦力以及在材料螺纹孔内或者螺母的螺纹孔内转动的螺纹摩擦力。 图8 P13 根据摩擦关系,所施加的转矩的50%需要克服螺栓头下的摩擦阻力,这就意味着,为保证紧固作业的高质量,一定要认真观察螺栓头下支承零件的情况。影响摩擦特性变化的因素包括: 1) 支承零件接触面的粗糙度。 2) 螺栓接头材料的硬度。 3) 紧固件和被装配件的表面处理。 4) 螺栓的润滑情况。 5) 动力工具的转速。 6) 螺栓接头的温度。 7) 螺栓头下的表面接触压力。 8) 材料的匹配。 上述所列因素虽然绝非详尽,但包括了影响螺栓连接摩擦特性的最重要参数,这意味着操作方法不正确绝对会导致螺栓连接的失效。装配人员手上或工具上掉下一滴油就可以显著地改变紧固件的摩擦特性。例如,拧入一个摩擦系数μ=0.14的干(未经润滑)螺栓时,其紧固转矩的分布情况为: 1) 预紧力13%。 2) 螺纹摩擦转矩40%。 3) 螺栓头摩擦转矩47%。 如果螺栓头下的摩擦系数仅改变10%,即从0.14改变为0.126,那么在力的分布方面将产生如下变化: 1) 预紧力18%。 2) 螺纹摩擦转矩40%。 3) 螺栓头摩擦转矩42%。 这就意味着,现在的预紧力比原来的预紧力要高约40%。因此,螺栓连接的设计是至关重要的,不当的设计可能导致螺栓过分伸长,甚至断裂。