Влияет ли обработка поверхности на характеристики затяжки?болты? Да. Для уменьшения погрешности разброса коэффициента крутящего момента болтов и повышения коррозионной стойкости крепеж обычно подвергают поверхностной обработке. Однако различная обработка поверхности оказывает существенное влияние на коэффициент трения резьбовых соединений, что в конечном итоге влияет на характеристики затяжки болтов. Объединяя соответствующие знания о крепежных изделиях, ниже анализируется влияние обработки поверхности на характеристики затяжки болтов.
I. Теоретический анализ влияния коэффициента трения на коэффициент крутящего момента болта.
1. Момент затяжки болтового соединения.
1.1 Трение в винтовых парах треугольных болтов
Трение в движущихся парах по форме контактной поверхности можно разделить на плоское, наклонное и канавочное. Для упрощения расчета силы трения в движущихся парах, независимо от геометрической формы двух элементов кинематической пары движущейся пары, контакт двух компонентов различной геометрической формы можно рассматривать как движущуюся пару, соприкасающуюся по одной плоскости (как показано на рисунке 1), а формулу расчета ее силы трения можно единообразно выразить формулой (1):
Трение в канавке. Вращающаяся пара с треугольной резьбой может аппроксимировать движение гайки на винте как движение клиновидного ползунка-образной формы по наклонной поверхности канавки, то есть сочетание трения в канавке и трения в наклонной плоскости. В это время угол канавки равен 90 градусов - (как показано на рисунке 2).
1.2 Момент затяжки болтов
Общий крутящий момент, необходимый в процессе затяжки болта, состоит из двух частей: момента затяжки для преодоления трения пары резьб и момента трения между головкой болта или гайкой и опорной поверхностью.
2. Коэффициент крутящего момента болтового соединения.
Общий крутящий момент болта делится на три части, а именно: расход на трение на опорной поверхности болта, расход на трение резьбы и расход на предварительную нагрузку (как показано на рисунке 3).
Из таблицы 1 видно, что в процессе затяжки энергия, затрачиваемая на трение об опорную поверхность болта, составляет около 50 %, расход на трение резьбы — около 40 %, расход работы на преднатяг — около 10 %. При том же моменте затяжки при изменении коэффициента трения на 0,05 диапазон изменения преднатяга достигает 43,1%. То есть, если есть небольшие различия в обработке поверхности болтов, при условии, что коэффициент трения увеличивается на 0,05, осевой предварительный натяг составит только 57% от исходного, что приведет к серьезным потенциальным угрозам безопасности для надежности болтовых соединений. Поэтому все внимание необходимо уделить исследованиям коэффициента трения пар резьб.
II. Анализ влияния обработки поверхности на коэффициент крутящего момента
С помощью многофункциональной-системы анализа крепления болтов можно измерить силу зажима, общий крутящий момент и крутящий момент пары резьб во время процесса затяжки болта, что может точно и в режиме реального времени отражать взаимосвязь между усилием зажима и крутящим моментом и в то же время измерять коэффициент трениярезьба болтаи опорную поверхность головки болта. Анализ данных показывает, что толщина оцинкованного слоя мало влияет на коэффициент трения головки болта, но оказывает существенное влияние на коэффициент трения резьбы, что в конечном итоге также оказывает существенное влияние на коэффициент крутящего момента.
III. Влияние обработки поверхности на допустимую прочность болтов
Резьбовые крепежные детали во время затяжки подвергаются комбинированному скручивающему-растягивающему напряжению. Согласно третьей теории прочности допустимое эквивалентное напряжение резьбовых соединений можно получить по формуле (9):
При затяжке резьбовых соединений общий крутящий момент делится на три части: расход на трение по опорной поверхности болта, расход на трение резьбы и расход предварительного натяга. Среди них расход трения на опорной поверхности болта и расход трения резьбы заставят стержневую часть резьбового крепежа испытывать напряжение скручивания и сдвига, а расход предварительной нагрузки заставит стержневую часть резьбового крепежа создавать фактическое растягивающее напряжение. Эквивалентное растягивающее напряжение, которое может выдержать болт, фиксировано и не должно превышать предел текучести болта. Таким образом, уменьшая скручивающее напряжение сдвига, которое испытывает стержневая частьрезьбовая застежкаможет увеличить растягивающее напряжение, создаваемое фактической предварительной нагрузкой, то есть за счет снижения расхода трения на опорной поверхности болта и расхода трения резьбы крутящий момент максимально преобразуется в предварительный натяг.
Анализ коэффициента трения показывает, что болты с небольшим коэффициентом трения могут получить большую осевую предварительную нагрузку за счет приложения небольшого крутящего момента, что имеет большое значение для экономии энергопотребления и повышения эффективности обслуживания болтов.
IV. Факторы, влияющие на характеристики затяжки болтов
(1) Анализ показывает, что коэффициент трения оказывает существенное влияние на распределение энергии при потреблении трения опорной поверхности болта, потреблении трения резьбы и потреблении работы предварительного натяга в процессе затяжки. Небольшое изменение коэффициента трения вызовет большие колебания предварительной нагрузки.
(2) Путем экспериментального анализа взаимосвязи между различными обработками поверхности и коэффициентом трения резьбовых соединений, а также предварительным натягом крутящего момента- получены правила влияния толщины оцинкованного слоя и различных обработок хроматом на коэффициент трения и коэффициент крутящего момента: чем больше толщина покрытия, тем выше коэффициент трения; Коэффициент трения болтов, обработанных хроматом C2C, значительно больше, чем у болтов, обработанных хроматом C2D.
(3) По сравнению с болтами, обработанными хроматом C2C, использование болтов, обработанных хроматом C2D, может снизить потребление крутящего момента на трение на опорной поверхности и резьбе болта и получить больший осевой предварительный натяг, что имеет большое значение для экономии энергопотребления и повышения эффективности обслуживания болтов.
