被連接件表面處理對螺栓扭矩系數(shù)的影響分析

韋耀華

摘 要：目前汽車螺栓在設(shè)定扭矩時，都是針對螺栓本體進行設(shè)定，沒有考慮被連接件表面處理對扭矩系數(shù)的影響。文章基于螺栓扭矩系數(shù)的計算公式從理論上對被連接件表面狀況對扭矩系數(shù)影響進行了分析，通過螺栓擰緊實驗研究了不同被連接件表面處理對支撐面的摩擦系數(shù)的影響，研究表明被連接件表面處理對螺栓扭矩系數(shù)影響很大，在計算扭矩時也應(yīng)該考慮螺栓使用場合，適當調(diào)整支撐面的摩擦系數(shù)。

關(guān)鍵詞：被連接件；表面處理；扭矩系數(shù)

中圖分類號：TU311 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0077-02

緊固件數(shù)量占汽車基礎(chǔ)零件總數(shù)的40%，在裝配線上緊固件占整個工作量的70%，緊固件的裝配可靠性對于汽車質(zhì)量是至關(guān)重要的。目前汽車螺栓進行緊固大多采用扭矩法，這種方法操作簡單，對設(shè)備要求低，但是扭矩系數(shù)的散差對預(yù)緊力的大小影響極大，因此對于扭矩系數(shù)散差的控制要求極高?，F(xiàn)在很多汽車公司都采用控制螺栓摩擦系數(shù)的方法，來控制扭矩系數(shù)，但是沒有考慮被連接件摩擦系數(shù)對扭矩系數(shù)的影響，這對扭矩的設(shè)定是極為不利的，本文從理論和實驗分析了被連接件表面處理對扭矩系數(shù)的影響，提出根據(jù)使用場合適當調(diào)整支承面摩擦系數(shù)，為扭矩系數(shù)的精確計算提供可靠依據(jù)。

1 被連接件表面處理對扭矩系數(shù)影響

根據(jù)國家標準GB/T 16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》中扭矩系數(shù)的計算公式，

扭矩系數(shù)是由摩擦系數(shù)和螺紋常數(shù)共同決定的參數(shù)，對于特定的螺紋聯(lián)接副而言，螺栓的螺紋常數(shù)是固定的，當摩擦系數(shù)確定之后，扭矩系數(shù)也就唯一確定了。從公式中可以看出螺栓的摩擦系數(shù)分為螺紋摩擦系數(shù)和支撐面的摩擦系數(shù)，扭矩系數(shù)受這兩個摩擦系數(shù)共同影響。對于擰螺母這種裝配方式，螺紋摩擦系數(shù)由螺紋常數(shù)和螺栓以及螺母表面處理決定，支撐面的摩擦系數(shù)由螺紋常數(shù)和螺母以及被連接件的表面處理決定。對于擰螺栓這種裝配方式，螺紋摩擦系數(shù)由螺紋常數(shù)和螺栓以及螺母表面處理決定，支撐面的摩擦系數(shù)由螺紋常數(shù)和螺栓以及被連接件的表面處理決定。因此，被連接件的表面處理會影響支撐面的摩擦系數(shù)，最終會影響螺栓的扭矩系數(shù)。目前，大多工程師在進行扭矩計算的時候，都沒有區(qū)分螺紋摩擦系數(shù)和支撐面的摩擦系數(shù)，都是直接根據(jù)螺栓的材質(zhì)和表面處理查表獲得摩擦系數(shù)，而且認為兩個摩擦系數(shù)是一樣的。如對于鍍鋅螺栓，工程師會根據(jù)機械設(shè)計手冊認為螺紋摩擦系數(shù)和支撐面的摩擦系數(shù)都為0.15。其實螺紋的接觸狀況和支撐面的接觸狀況是不同的，即便是控制了摩擦系數(shù)的螺栓螺母，也不能保證螺紋摩擦系數(shù)和螺栓摩擦系數(shù)是一致的，因為汽車上被連接件表面處理摩擦系數(shù)是很難控制的，也很少有公司控制。從理論上分析，被連接件的表面處理是會影響螺栓的扭矩系數(shù)，下面從實驗分析，到底被連接件表面處理會不會影響螺栓的扭矩系數(shù)。多功能螺栓緊固分析系統(tǒng)如圖1所示：

2 試驗研究

2.1 實驗設(shè)備及原理

本實驗采用Schatz多功能螺栓緊固分析系統(tǒng)，擰緊機自帶一個測定總扭矩Tf的扭矩傳感器，同時在螺紋裝配夾具內(nèi)安裝了測定螺紋扭矩Ts的傳感器和測定夾緊力F的力傳感器。

根據(jù)緊固扭矩與夾緊力的比值，總摩擦系數(shù)，螺紋摩擦系數(shù)，支撐面的摩擦系數(shù)用如下公式（5）（6）（7）計算確定：

2.2 實驗方案及結(jié)果分析

2.2.1 實驗方案

2.2.2 實驗數(shù)據(jù)處理

①兩個總體一致性的檢驗（非參數(shù)檢驗）。兩個總體的一致性檢驗，以較小的風險（本次分析選5%出錯的概率）來判斷估計數(shù)值與總體數(shù)值是否存在顯著差異，是否應(yīng)當接受原假設(shè)選擇的一種檢驗方法?，F(xiàn)將螺栓螺母表面處理為Fe/Ep·Zn12·c2D的40組支撐面的摩擦系數(shù)實驗數(shù)據(jù)，按照被連接件表面處理方式分為兩個總體，一個電泳總體A，一個電鍍總體B。

編寫程序如下：

結(jié)果表明：一方面p=4.025e-08，表示兩樣本總體均值相等的概率為4.025e-08，接近于0；另一方面h=1，表示兩個樣本不一致，也說明被連接件表面處理方式對支撐面摩擦系數(shù)影響很大。

②被連接件電鍍、電泳對支撐面摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)的影響規(guī)律將被連接件電鍍和電泳支撐面摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)進行對比，如圖2和圖3所示。

通過以上實驗數(shù)據(jù)對比可以看出，被連接件為電泳的支撐面摩擦系數(shù)要比為電鍍要高，由于被連接件為電泳支撐面摩擦系數(shù)比電鍍高，導(dǎo)致被連接件為電泳的扭矩系數(shù)普遍要比電鍍的高。如圖4所示，為做完實驗后的電泳電鍍墊片，從圖4中可以看出在電泳墊片在螺栓擰緊過程中容易起皮，電泳碎渣使得支撐面摩擦系數(shù)增大，而電鍍墊片做完實驗后面比較光滑，所以相對于電泳摩擦系數(shù)小。

3 結(jié) 語

電泳和電鍍的被連接件支撐面摩擦系數(shù)，經(jīng)過兩個總體一致性的檢驗（非參數(shù)檢驗），發(fā)現(xiàn)兩個總體顯著不同，說明被連接件不同表面處理方式對螺栓支撐面摩擦系數(shù)有顯著影響。而且進一步對比發(fā)現(xiàn)，被連接件采用電泳支撐面摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)比采用電鍍要高。因此，在設(shè)定扭矩時，需要考慮螺栓的使用場合對扭矩系數(shù)作適當調(diào)整。

參考文獻：

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