螺纹联接在紧固过程中的受力情况

螺纹联接在紧固过程中其受力情况可以借助于图1来理解:

图1螺纹联接在紧固过程中的受力情况

当我们拧紧螺栓时,两个零件被夹紧,图1中的夹紧力就等于张力。实际上夹紧力是我们希望得到的,这就是螺纹联接的预紧力,虽然这个夹紧力F(图2)是很难测量的,但我们可以通过测量拧紧力矩T来控制预紧力。

图2夹紧力与拧紧力矩

2、作用力的转化

在装配过程中,实际施加的作用力主要用于克服摩擦力,而真正转变成夹紧力的只有10%多一点,大约90%的能量被转化成了摩擦力。这也正是为什么拧紧完成后,螺栓不会自己脱落下来的原因,其作用力的转化情况为图3所示。

图3 作用力的转化

当拧紧螺栓时,螺栓转动,直到螺栓头底面与被联接件表面贴合,此时螺栓才开始被拧紧。

对于硬联接(如图4所示),当达到需要的转矩时,也就是当达到需要的夹紧力时,从装配面开始贴合到拧紧完成只需要转动不大的角度即可完成装配过程,说明硬联接的转矩变化率较大。

图4 硬链接

对于软联接(如图5所示),即使同一样的规格尺寸,装配面开始贴合后还需要转动很多圈才能拧紧,说明软联接的转矩变化率小。

图5 软连接

图3表明施加的拧紧力矩主要克服了摩擦力,一是螺纹副中的摩擦力(约占40%),二是贴合端面的摩擦力(约占50%),而真正转变成夹紧力(即预紧力)的却只有10%左右,所以摩擦力对拧紧力矩的影响非常大。因此在装配时螺栓有没有进行润滑对拧紧力的影响非常明显,没有润滑的螺栓在拧紧时会产生较大的摩擦力。也就是说如果需要一定的夹紧力,当拧紧没有润滑的螺栓时需要施加更大的转矩。如果螺栓被润滑了,则摩擦力减小,如果继续按照与没有润滑的螺栓相同的转矩进行拧紧,螺栓有可能会被拉断。

另外紧固件螺栓表面处理方式的不同对摩擦力也有明显影响。表面镀锌与表面发黑处理相比,前者的摩擦系数明显偏小,拧紧过程中需要克服的摩擦力也小,所以在同一部位拧紧同样规格、等级的镀锌螺栓时,应比表面发黑的螺栓施加较小的转矩才是正确的。

被联接件与螺母、螺栓头接触的支承面是否加工平整,对摩擦力影响亦非常大。所以接触面的加工一定要平整,以确保均匀接触,同时在装配时应保证螺栓孔轴线与联接支承面相垂直,不应倾斜,否则螺纹联接拧紧力矩的控制就非常困难,会严重影响装配质量。