1、螺紋聯(lián)接中的受力

螺紋聯(lián)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(lián)接在緊固過程中的受力情況

當(dāng)我們擰緊螺栓時(shí),兩個(gè)零件被夾緊,圖1中的夾緊力就等于張力。實(shí)際上夾緊力是我們希望得到的,這就是螺紋聯(lián)接的預(yù)緊力,雖然這個(gè)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(yù)緊力。

圖2夾緊力與擰緊力矩

2、作用力的轉(zhuǎn)化

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

圖3 作用力的轉(zhuǎn)化

當(dāng)擰緊螺栓時(shí),螺栓轉(zhuǎn)動(dòng),直到螺栓頭底面與被聯(lián)接件表面貼合,此時(shí)螺栓才開始被擰緊。

對于硬聯(lián)接(如圖4所示),當(dāng)達(dá)到需要的轉(zhuǎn)矩時(shí),也就是當(dāng)達(dá)到需要的夾緊力時(shí),從裝配面開始貼合到擰緊完成只需要轉(zhuǎn)動(dòng)不大的角度即可完成裝配過程,說明硬聯(lián)接的轉(zhuǎn)矩變化率較大。

圖4 硬鏈接

對于軟聯(lián)接(如圖5所示),即使同一樣的規(guī)格尺寸,裝配面開始貼合后還需要轉(zhuǎn)動(dòng)很多圈才能擰緊,說明軟聯(lián)接的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變成夾緊力(即預(yù)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(shí)螺栓有沒有進(jìn)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(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力。也就是說如果需要一定的夾緊力,當(dāng)擰緊沒有潤滑的螺栓時(shí)需要施加更大的轉(zhuǎn)矩。如果螺栓被潤滑了,則摩擦力減小,如果繼續(xù)按照與沒有潤滑的螺栓相同的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行擰緊,螺栓有可能會(huì)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(fā)黑處理相比,前者的摩擦系數(shù)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(guī)格、等級的鍍鋅螺栓時(shí),應(yīng)比表面發(fā)黑的螺栓施加較小的轉(zhuǎn)矩才是正確的。

被聯(lián)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(shí)在裝配時(shí)應(yīng)保證螺栓孔軸線與聯(lián)接支承面相垂直,不應(yīng)傾斜,否則螺紋聯(lián)接擰緊力矩的控制就非常困難,會(huì)嚴(yán)重影響裝配質(zhì)量。