螺紋聯接在緊固過程中的受力情況

螺紋聯接在緊固過程中其受力情況可以借助于圖1來理解:

圖1螺紋聯接在緊固過程中的受力情況

當我們擰緊螺栓時,兩個零件被夾緊,圖1中的夾緊力就等于張力。實際上夾緊力是我們希望得到的,這就是螺紋聯接的預緊力,雖然這個夾緊力F(圖2)是很難測量的,但我們可以通過測量擰緊力矩T來控制預緊力。

圖2夾緊力與擰緊力矩

2、作用力的轉化

在裝配過程中,實際施加的作用力主要用于克服摩擦力,而真正轉變成夾緊力的只有10%多一點,大約90%的能量被轉化成了摩擦力。這也正是為什么擰緊完成后,螺栓不會自己脫落下來的原因,其作用力的轉化情況為圖3所示。

圖3 作用力的轉化

當擰緊螺栓時,螺栓轉動,直到螺栓頭底面與被聯接件表面貼合,此時螺栓才開始被擰緊。

對于硬聯接(如圖4所示),當達到需要的轉矩時,也就是當達到需要的夾緊力時,從裝配面開始貼合到擰緊完成只需要轉動不大的角度即可完成裝配過程,說明硬聯接的轉矩變化率較大。

圖4 硬鏈接

對于軟聯接(如圖5所示),即使同一樣的規格尺寸,裝配面開始貼合后還需要轉動很多圈才能擰緊,說明軟聯接的轉矩變化率小。

圖5 軟連接

圖3表明施加的擰緊力矩主要克服了摩擦力,一是螺紋副中的摩擦力(約占40%),二是貼合端面的摩擦力(約占50%),而真正轉變成夾緊力(即預緊力)的卻只有10%左右,所以摩擦力對擰緊力矩的影響非常大。因此在裝配時螺栓有沒有進行潤滑對擰緊力的影響非常明顯,沒有潤滑的螺栓在擰緊時會產生較大的摩擦力。也就是說如果需要一定的夾緊力,當擰緊沒有潤滑的螺栓時需要施加更大的轉矩。如果螺栓被潤滑了,則摩擦力減小,如果繼續按照與沒有潤滑的螺栓相同的轉矩進行擰緊,螺栓有可能會被拉斷。

另外緊固件螺栓表面處理方式的不同對摩擦力也有明顯影響。表面鍍鋅與表面發黑處理相比,前者的摩擦系數明顯偏小,擰緊過程中需要克服的摩擦力也小,所以在同一部位擰緊同樣規格、等級的鍍鋅螺栓時,應比表面發黑的螺栓施加較小的轉矩才是正確的。

被聯接件與螺母、螺栓頭接觸的支承面是否加工平整,對摩擦力影響亦非常大。所以接觸面的加工一定要平整,以確保均勻接觸,同時在裝配時應保證螺栓孔軸線與聯接支承面相垂直,不應傾斜,否則螺紋聯接擰緊力矩的控制就非常困難,會嚴重影響裝配質量。