擰緊一顆螺栓,需要施加一定扭矩旋轉一定角度后才可以完成,這部分的扭矩+角度所做功最終轉為三個部分:
1、螺栓頭下摩擦力消耗
2、螺紋副摩擦力消耗
3、產生預緊力
這個也可以根據以下公式得出:
Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk))
預緊力 螺紋副 螺栓頭下
Fm = 夾緊力clamping force
P = 螺距pitch of thread
μg = 螺紋副摩擦系數friction value in thread
d2= 螺栓直徑diameter bolt
Dkm = 螺栓頭表面尺寸 size of surface bolt (nut)-head
Dkm = (dw + dh)/2
μk = 螺栓頭表面摩擦系數fricition value surface bolt-head
一般而言,這三者的比例在10%,40%以及50%,這部分能量的消耗很容易直觀地體會到:10%的夾緊力做功體現在螺栓的被拉伸,40%和50%體現了螺紋副以及螺栓頭下擰緊后摩擦力導致的發熱。
螺栓的初始設計是按照如上圖的比例來分配三者關系的,如果實際的過程中改變了三者的比例關系,會出現扭矩“合格”,夾緊力不合格的情況。
典型情況1:螺紋副被額外潤滑
此時螺紋副摩擦系數降低,摩擦力矩變小,施加的扭矩“轉移”給夾緊力,后果有可能是:螺栓拉斷或者工件變形。
典型情況2:螺栓生銹或者螺紋副有油漆
此時螺紋副摩擦系數增加,有可能扭矩合格后夾緊力不足。
其他改變摩擦系數的常見情況有:涂層材料改變,涂層厚度變化,螺栓/螺釘公差,與螺帽旋轉接觸面摩擦系數,工具轉速,墊片增加/減少等。
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