专家:扭矩、预紧力 和摩擦力之间 有什么关系?

预紧螺栓的主要方法之一是在其头部施加扭矩。这是业界非常普遍的做法,但要精确控制并不容易。

当螺栓向下旋紧时,旋转的动作会转变成线性的作用,使螺栓被拉伸,同时连接部件被压缩。但是扭矩中只有很少一部分转变成了有效的预紧螺栓的力。大部分的扭矩都作用在了克服螺栓旋转产生的摩擦力上。

摩擦力是如何影响扭矩和预紧力的

摩擦产生于两个接触表面:在转动部件和夹紧部件之间(通常在螺栓头下方或螺母下方)以及螺纹当中。

这意味着有效转换成预紧力的扭矩只是相当小一部分,通过扭矩/拉伸测试可以算出两个接触面间的摩擦系数。测试结果发现通常只有10%的扭矩作用在了预紧力上,其余都用来克服摩擦力而抵消。

例如,50%的输入扭矩用于克服螺栓头下表面的摩擦力,40%的输入扭矩用于克服螺纹间的摩擦力,因此,扭矩上紧法并不是非常高效。但是可以通过使用润滑剂来增加扭矩的转换率。使用润滑剂可以有效降低摩擦力,在相同的预紧力值目标下,使用润滑剂比不使用润滑剂,扭矩值更小。

 

离散值及其影响

摩擦系数通常有+/-20% 的变化量,会导致预紧力的离散偏差。因此,即使上紧工具可以非常精确(例如,校准手动扭矩扳手,+/-1%)所施加的扭矩偏差也会在+/-10到+/-50%之间变化。自身的肢体动作及操作工具的使用方法能对所施扭矩产生多大影响,很多操作人员并不太清楚。

通常实现的预紧力离散值能到+/-30%。这意味着可能的最大预紧力是最小值的两倍。对生锈的螺栓或容易卡住的不锈钢紧固件,离散值可能更高。

幸运的是,通过使用润滑剂或特定摩擦系数的螺栓(例如使用面漆或蜡)可以降低离散性。

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