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螺紋連接因其承載能力強(qiáng)、互換性好、可拆卸等優(yōu)點，在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，對整機(jī)質(zhì)量和安全性能具有重要影響。螺紋連接依靠螺紋副及被連接件之間的摩擦力傳遞載荷，摩擦力的大小與軸向預(yù)緊力有直接關(guān)系。軸向預(yù)緊力過大或過小都會對螺紋連接產(chǎn)生不利影響。軸向預(yù)緊力過小，螺紋連接承載能力、防松性能均達(dá)不到設(shè)計要求；軸向預(yù)緊力過大，螺紋接觸面應(yīng)力值較大，容易引起螺紋變形、滑扣等機(jī)械損傷，降低螺紋連接可靠性。因此，為保證螺紋連接滿足連接實際工作需要，必須確定合理的軸向預(yù)緊力范圍。
當(dāng)前對螺紋連接設(shè)計時，因國標(biāo)、行標(biāo)均未對螺紋緊固件的摩擦性能做具體要求，通常采用的方法是依據(jù)經(jīng)驗公式、經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算扭緊力扭，當(dāng)螺紋緊固件與被連接件的表面狀態(tài)發(fā)生變化時，會引起軸向預(yù)緊力過大或過小，導(dǎo)致螺紋連接出現(xiàn)斷裂、松動等質(zhì)量問題。
螺紋連接緊固過程中所需要的總扭矩力扭為克服螺紋螺旋副之間的摩擦所需要的扭緊力扭與克服支承面摩擦的扭緊力扭之和。
研究分別計算μf=μs=0.10，μf=μs=0.14，μf=μs=0.16，μf=μs=0.,20，μf=μs=0.25時各部分扭矩所占比例，不同摩擦系數(shù)下各部分扭矩所占比例見表1。
表1 不同摩擦系數(shù)下各部分扭矩所占比例
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摩擦系數(shù) |
軸向預(yù)緊力扭矩Tf |
螺紋摩擦消耗扭矩Tp |
支承面摩擦消耗扭矩Tw |
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0.10 |
16.95 |
38.17 |
44.88 |
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0.14 |
12.72 |
41.11 |
47.17 |
|
0.16 |
11.31 |
40.46 |
47.93 |
|
0.20 |
9.26 |
41.70 |
59.04 |
|
0.25 |
7.55 |
42.49 |
49.96 |
由表1可知，螺紋連接件在擰緊過程中，只有約10%的扭矩用于產(chǎn)生軸向預(yù)緊力，其余90%的扭矩用于克服摩擦。隨著摩擦系數(shù)增加，用于產(chǎn)生軸向預(yù)緊力的扭矩所占總力矩百分比逐漸降低，扭矩利用率也逐漸降低，在總扭矩力不變的情況下，可能會出現(xiàn)實際軸向預(yù)緊力小于理論值的問題，影響螺紋連接設(shè)計功能的實現(xiàn)。因此，必須充分重視螺紋連接摩擦系數(shù)的研究。
螺紋連接中，隨著螺紋摩擦系數(shù)和支承面摩擦系數(shù)增大，軸向預(yù)緊力明顯減小，當(dāng)螺紋摩擦系數(shù)大于0.35、支承面摩擦系數(shù)大于0.3時，軸向預(yù)緊力降低趨于穩(wěn)定。因此，實際生產(chǎn)中必須將螺紋緊固件的摩擦系數(shù)控制在一定范圍內(nèi)，以防止軸向預(yù)緊力過大或過小，避免因螺栓斷裂、松動等質(zhì)量問題導(dǎo)致螺紋連接功能失效。
當(dāng)扭緊力矩設(shè)計為90N?m，經(jīng)計算當(dāng)摩擦系數(shù)μf=μs=0.08時，軸向預(yù)緊力=65.50KN；當(dāng)摩擦系數(shù)μf=μs=0.16，軸向預(yù)緊力=36.38KN。由此可見，當(dāng)摩擦系數(shù)由0.08增加至0.16時，軸向預(yù)緊力平均下降值29.12kN，降幅為44.46%。由此可見，當(dāng)摩擦系數(shù)發(fā)生變化時，將會引起軸向預(yù)緊力數(shù)值出現(xiàn)大范圍波動，影響螺紋連接防松性能和可靠性，導(dǎo)致螺紋連接無法實現(xiàn)其設(shè)計功能。
螺紋緊固件摩擦系數(shù)分螺紋摩擦系數(shù)和支承面摩擦系數(shù)，主要取決于螺栓制造工藝和實際應(yīng)用時裝配工藝。經(jīng)長期工作實踐，10000次臺架試驗驗證，確認(rèn)摩擦系數(shù)與下列因素密切相關(guān)。
1、螺紋精度。由螺紋公差帶和旋合長度組成，螺紋精度是螺紋加工質(zhì)量的綜合體現(xiàn)，同等條件下螺紋精度越高，摩擦系數(shù)越小。
2、緊固件表面粗糙度。包括螺紋表面粗糙度和支承面表面粗糙度，與緊固件生產(chǎn)中的冷鐓作業(yè)工藝參數(shù)、螺紋制造工藝有直接關(guān)系。
3、緊固件表面處理工藝。包括磷化、電鍍和鋅鋁涂層。受表面處理層材料類型、局部厚度、轉(zhuǎn)化工藝等因素影響，不同表面處理工藝得到的緊固件摩擦系數(shù)相差較大。
總之，實際生產(chǎn)裝配中，應(yīng)根據(jù)被連接結(jié)構(gòu)需要，合理選擇緊固件的工藝參數(shù)，確保將摩擦系數(shù)的散差控制在較小范圍內(nèi)。設(shè)計螺紋連接時，應(yīng)首先依據(jù)實際試驗結(jié)果確定摩擦系數(shù)，然后利用此摩擦系數(shù)計算扭緊力矩，以保證軸向預(yù)緊力理論值與實際值的一致性，提高螺紋連接的可靠性和設(shè)計準(zhǔn)確性。