螺栓连接副扭矩系数实测影响因素与分析
发布时间：2024-06-06 点击：108
扭矩系数法拧紧螺栓连接副是常用的高强度紧固件的拧紧方法之一,且操作简单、使用方便、应用范围广。扭矩系数是量化拧紧力矩的重要数值指标,其可信度和离散性决定着紧固效果。本文探讨的扭矩系数是在实验室条件下测定的数值,旨在分析不同的旋拧条件对扭矩系数和标准偏差的影响作用及影响程度。
1、二次拧紧时扭矩系数的变化
本试验采用gb/t1231钢结构螺栓连接副共8套试样,重复测试两次。先将这8套螺栓连接副依次在轴力试验机上测试,紧接着仍用这些试样在相同条件下进行第二次测试,试验结果见表1。
对比二次测得的扭矩系数平均值及标准偏差。第一次测得的扭矩系数平均值为0.124,扭矩系数标准偏差为0.003;第二次测得的扭矩系数平均值为0.134,扭矩系数标准偏差为0.007。可见第二次测试时,扭矩系数变大了,绝对值大了0.01,相对增加约8%,这可能与经过第一次拧紧后相关接触面的摩擦因数发生了改变有关。如要获得与第一次相当的夹紧力,第二次拧紧时可考虑采用稍大的施拧力矩(本例第二次是第一次的1.08倍)。从扭矩系数的标准偏差看,第二次拧紧时,较第一次的有所增大,说明第二次拧紧时紧固件轴力的离散性变大了,螺栓轴力的一致性稍差了些,但仍在允许范围内,标准中规定为0.010,实测是满足要求的。虽然二次测量的结果有差别,但差别并不大。
建议在实际应用中,一般使用场合下,二次拧紧时可参考原扭矩系数或采用略大些的扭矩系数,紧固效果不会有太大的差别;对于要求严格的重要场合、关键连接部位,二次使用时应按测定规程重新测试扭矩系数,同时考量标准偏差,将测得的扭矩系数用于二次拧紧。
2、不同材料螺母对扭矩系数的影响
试验不同钢材螺母对扭矩系数的影响不同。螺母三种钢材为swrch35k、40cr和swrch45k钢gb/t1229-2006 m24螺母与gb/t1228-2006 m24x80螺栓相旋合,分别检测这三种钢材螺栓连接副的扭矩系数和标准偏差。测试结果见表2。
由测试结果可知,材料swrch35k、40cr和swrch45k钢为分别为中碳素结构钢、中碳合金结构钢。这三种钢材的扭矩系数平均值依次变大,但变动量不大,结果很相近。即使差别最大的swrch35k和swrch45k钢螺母,其扭矩系数平均值相差0.005,相对值也仅为3.3%。在工程安装中这种微小差别的影响很小,一般可忽略。可见从标准偏差来看,40cr钢的标准偏差最小,这种钢材的螺母其扭矩系数的稳定性稍好;而swrch45k钢的标准偏差最大,达40cr钢的两倍多,其扭矩系数的稳定性排在前两种钢材之后;swrch35k钢的标准偏差居中,略大于40cr钢,又小于swrch45k钢,扭矩系数的稳定性介于两者之间。这三种钢材中,用40cr钢的螺母其拧紧性能比较好。
3、使用mos2对扭矩系数的影响
一般来说的使用mos2是指含有mos2的润滑油脂。这种油脂呈现不粘结的胶体状态,可增加油脂的润滑性和挤压性。mos2润滑油脂对钢铁的附着力强,覆盖在螺纹表面,除了提供良好的润滑性能外,还能保护材料表面,防止胶合卡咬,提高装配的顺畅性。因此,是否使用mos2润滑油脂,会产生不同的紧固效果。由于部分高强度螺栓连接副表面采用达克罗镀覆,因而扭矩系数常在0.15-0.28之间,不符合技术要求。为此,安装时必须进行mos2润滑油脂处理。
把mos2润滑油脂涂在螺母支承面处和第一节螺纹。首先,用毛笔把mos2涂在螺母支承面对称两处,长度在10mm左右,以减少螺母与垫圈间的摩擦;其次,再用毛笔把mos2涂在螺母支承面处第一牙螺纹根部,以少量的油脂润滑螺母于螺栓间的螺纹。通过上述方法,经检测:扭矩系数平均值范围在0.123-0.140之间。
分别测定不涂或涂覆润滑油脂两种情况下的扭矩系数平均值和标准偏差,测量结果见表3。
由试验结果可见,不涂mos2润滑油脂的扭矩系数平均值为0.1545,大于涂覆mos2润滑油脂的扭矩系数平均值0.1355。涂覆mos2润滑油脂后,扭矩系数平均值降低了12%,同时扭矩系数的标准偏差大幅度减小,由0.0115降至0.0013,涂覆的仅为不涂的11%。可见mos2润滑油脂提供了良好的润滑性能,减小了扭矩系数值,并使螺栓轴力的波动减小。这得益于mos2良好的使用性能,其内部生成的众多微观滑移面替代了金属之间的摩擦,稳定的物理性能在滑动过程中表现出均匀一致的摩擦特性。使用mos2润滑油脂可降低安装拧紧力矩,减小扭矩系数的波动,在很大程度上保证紧固轴力的一致性,获得良好的连接紧固效果。
mos2润滑油脂性能稳定,能长期保持润滑状态,还有保护金属材料免受腐蚀的功效。在安装精度要求比较高及工作环境较差的场合,宜采用涂覆mos2润滑油脂的施工工艺。
4、螺栓连接副扭矩总结
高强度螺栓连接副的扭矩系数和标准偏差是紧固件施拧中的重要工艺参数,与紧固件的精度、表面质量、成品的一致性以及润滑状态有关。二次拧紧时扭矩系数与第一次的扭矩系数相比有变化,但变化较小。螺栓与不同牌号钢材的螺母旋合其扭矩系数大小很接近。使用mos2润滑油脂能得到较为稳定的扭矩系数和较小的标准偏差。因此,高强度螺栓连接副的二次使用可视具体情况区别对待。
注:以上生产实践中的经验小结,抛砖引玉,相互参考借鉴,有不妥之处请同仁提出批评指正,以利于我国紧固件行业的技术进步,乃至实现紧固件可持续发展。
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1、二次拧紧时扭矩系数的变化
本试验采用gb/t1231钢结构螺栓连接副共8套试样,重复测试两次。先将这8套螺栓连接副依次在轴力试验机上测试,紧接着仍用这些试样在相同条件下进行第二次测试,试验结果见表1。
对比二次测得的扭矩系数平均值及标准偏差。第一次测得的扭矩系数平均值为0.124,扭矩系数标准偏差为0.003;第二次测得的扭矩系数平均值为0.134,扭矩系数标准偏差为0.007。可见第二次测试时,扭矩系数变大了,绝对值大了0.01,相对增加约8%,这可能与经过第一次拧紧后相关接触面的摩擦因数发生了改变有关。如要获得与第一次相当的夹紧力,第二次拧紧时可考虑采用稍大的施拧力矩(本例第二次是第一次的1.08倍)。从扭矩系数的标准偏差看,第二次拧紧时,较第一次的有所增大,说明第二次拧紧时紧固件轴力的离散性变大了,螺栓轴力的一致性稍差了些,但仍在允许范围内,标准中规定为0.010,实测是满足要求的。虽然二次测量的结果有差别,但差别并不大。
建议在实际应用中,一般使用场合下,二次拧紧时可参考原扭矩系数或采用略大些的扭矩系数,紧固效果不会有太大的差别;对于要求严格的重要场合、关键连接部位,二次使用时应按测定规程重新测试扭矩系数,同时考量标准偏差,将测得的扭矩系数用于二次拧紧。
2、不同材料螺母对扭矩系数的影响
试验不同钢材螺母对扭矩系数的影响不同。螺母三种钢材为swrch35k、40cr和swrch45k钢gb/t1229-2006 m24螺母与gb/t1228-2006 m24x80螺栓相旋合,分别检测这三种钢材螺栓连接副的扭矩系数和标准偏差。测试结果见表2。
由测试结果可知,材料swrch35k、40cr和swrch45k钢为分别为中碳素结构钢、中碳合金结构钢。这三种钢材的扭矩系数平均值依次变大,但变动量不大,结果很相近。即使差别最大的swrch35k和swrch45k钢螺母,其扭矩系数平均值相差0.005,相对值也仅为3.3%。在工程安装中这种微小差别的影响很小,一般可忽略。可见从标准偏差来看,40cr钢的标准偏差最小,这种钢材的螺母其扭矩系数的稳定性稍好;而swrch45k钢的标准偏差最大,达40cr钢的两倍多,其扭矩系数的稳定性排在前两种钢材之后;swrch35k钢的标准偏差居中,略大于40cr钢,又小于swrch45k钢,扭矩系数的稳定性介于两者之间。这三种钢材中,用40cr钢的螺母其拧紧性能比较好。
3、使用mos2对扭矩系数的影响
一般来说的使用mos2是指含有mos2的润滑油脂。这种油脂呈现不粘结的胶体状态,可增加油脂的润滑性和挤压性。mos2润滑油脂对钢铁的附着力强,覆盖在螺纹表面,除了提供良好的润滑性能外,还能保护材料表面,防止胶合卡咬,提高装配的顺畅性。因此,是否使用mos2润滑油脂,会产生不同的紧固效果。由于部分高强度螺栓连接副表面采用达克罗镀覆,因而扭矩系数常在0.15-0.28之间,不符合技术要求。为此,安装时必须进行mos2润滑油脂处理。
把mos2润滑油脂涂在螺母支承面处和第一节螺纹。首先,用毛笔把mos2涂在螺母支承面对称两处,长度在10mm左右,以减少螺母与垫圈间的摩擦;其次,再用毛笔把mos2涂在螺母支承面处第一牙螺纹根部,以少量的油脂润滑螺母于螺栓间的螺纹。通过上述方法,经检测:扭矩系数平均值范围在0.123-0.140之间。
分别测定不涂或涂覆润滑油脂两种情况下的扭矩系数平均值和标准偏差,测量结果见表3。
由试验结果可见,不涂mos2润滑油脂的扭矩系数平均值为0.1545,大于涂覆mos2润滑油脂的扭矩系数平均值0.1355。涂覆mos2润滑油脂后,扭矩系数平均值降低了12%,同时扭矩系数的标准偏差大幅度减小,由0.0115降至0.0013,涂覆的仅为不涂的11%。可见mos2润滑油脂提供了良好的润滑性能,减小了扭矩系数值,并使螺栓轴力的波动减小。这得益于mos2良好的使用性能,其内部生成的众多微观滑移面替代了金属之间的摩擦,稳定的物理性能在滑动过程中表现出均匀一致的摩擦特性。使用mos2润滑油脂可降低安装拧紧力矩,减小扭矩系数的波动,在很大程度上保证紧固轴力的一致性,获得良好的连接紧固效果。
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