Jako základní ukazatel pro kontrolušroubupínací síly, realita je taková, že většina utahovacího momentu se ztratí třením, přičemž pouze malá část se ve skutečnosti přemění na upínací sílu. Jaké faktory tedy nakonec určují rozložení krouticího momentu šroubu a velikost koeficientu tření? Dnes se editor z Jiangsu Jinrui podělí o empirickou studii založenou na mikrotopografické analýze, která odhaluje klíčové faktory ovlivňující rozložení krouticího momentu šroubu a koeficient tření, což poskytuje silný základ pro dosažení vysoké-spolehlivosti upevnění.
1. Součinitel tření a rozdělení točivého momentu
Při utahování šroubu není vstupní krouticí moment zcela využit k natažení šroubu a vytvoření upínací síly. Ve skutečnosti je točivý moment rozdělen mezi tři cesty spotřeby:
Tření závitu: Tření nastává v oblasti kontaktu se závitem mezi šroubem a maticí, spotřebovává velké množství točivého momentu;
Tření na dosedací ploše: Tření existuje také mezi hlavou šroubu a podložkou nebo povrchem spojovaného dílu a točivý moment spotřebovaný v této části má větší podíl;
Účinek úhlu stoupání závitu (tj. efektivní složka předpětí): Pouze tato část krouticího momentu je skutečně použita k natažení šroubu a tím k vytvoření upínací síly.
Studie ukázaly, že přibližně 85 % až 90 % točivého momentu je využito k překonání tření a pouze asi 10 % je přeměněno na tahovou sílu šroubu.
To znamená, že jakmile se změní koeficient tření, změní se odpovídajícím způsobem i účinnost konverze točivého momentu, což povede k možnému více než dvojnásobnému rozdílu v upínací síle generované při stejném točivém momentu. Proto je nespolehlivé zablokovat upínací sílu pouze kroutícím momentem.
2. Návrh schématu
K důkladnému prozkoumání klíčových faktorů určujících rozložení krouticího momentu šroubu a koeficient tření navrhla Tribologická laboratoř École Centrale de Lyon ve Francii systematické experimentální schéma. Hlavním cílem tohoto schématu je zkombinovat mechanické testování s povrchovou mikrotopografickou analýzou pro stanovení příčinného vztahu mezi třecím chováním a mikrostrukturou.
Experiment byl proveden v souladu s normou ISO 16047 pro testování utahovací síly-upínací síly. Použité šrouby byly specifikace M10×60, vyrobené z oceli 30MnB4, které byly za studena-hlavy, závity-válcovány a poté galvanizovány. Konkrétní hodnoty celkového krouticího momentu byly podrobně zaznamenávány, zatímco krouticí moment závitu a krouticí moment ložiskové plochy byly odděleny, aby bylo možné přesně vypočítat koeficient tření a analyzovat zákon rozdělení krouticího momentu. K extrakci parametrů souvisejících s drsností-byla použita technologie trojrozměrného topografického skenování a změny parametrů před a po utažení byly porovnány, aby se prozkoumala vnitřní korelace mezi třecím chováním a mikrotopografií. Tato konstrukce bere v úvahu nejen mechanickou výkonnost, ale také se ponoří do mikroúrovně a odhaluje základní důvody změn v rozložení točivého momentu šroubu a koeficientu tření.
3. Testovací metoda ověření
Na základě výše uvedeného schématu bylo sestrojeno testovací zařízení vyhovující normě ISO 16047, které dokáže přesně měřit krouticí moment a upínací sílu. Testovací proces zahrnuje následující odkazy:
Upevnění a zatížení šroubu: Nainstalujte šroub na standardizovanou zkušební stolici, použijte nastavený utahovací moment a v reálném{0}}čase zaznamenejte hodnoty celkového utahovacího momentu, momentu závitu, momentu na povrchu ložiska a upínací síly;
Měření oddělení tření: Oddělte tření závitu od tření na povrchu ložiska pomocí speciální konstrukce zařízení a snímačů, aby byla zajištěna přesnost výpočtu koeficientu tření;
Uspořádání topografického skenování: Před a po každém utahování proveďte trojrozměrné skenování na dosedací ploše hlavy šroubu a povrchu podložky, abyste získali informace o prvcích na úrovni mikronů-;
Extrakce a analýza parametrů: Extrahujte parametry související s drsností-a kombinujte je s údaji o tření za účelem analýzy odpovídajícího vztahu mezi změnami topografie povrchu a chováním tření.
Níže uvedený obrázek ukazuje strukturu zkušební stolice a konkrétní polohy měřicích bodů.
4. Analýza výsledků topografie
Testovací data odhalila několik klíčových jevů, které pomáhají hluboce porozumět základním faktorům určujícím rozložení točivého momentu a koeficient tření:
4.1 Dynamické změny koeficientu tření
Během procesu utahování není koeficient tření konstantní, ale neustále se mění se stavem kontaktu. Obecně je koeficient tření povrchu ložiska asi o 44 % vyšší než koeficient tření závitu, což ukazuje, že většina točivého momentu je spotřebována na povrchu ložiska spíše než na povrchu závitu.
4.2 Významná rozptylovatelnost krouticího momentu
I když je nastavena stejná cílová upínací síla, rozdíl v požadovaném utahovacím momentu může být téměř dvojnásobný. Například některé šrouby vyžadují točivý moment 96,7 Nm, zatímco jiné potřebují pouze 54,5 Nm. Tato disperzibilita hodnot točivého momentu je přímo způsobena nestabilitou koeficientu tření.
4.3 Významný vývoj povrchové topografie
Výsledky trojrozměrného skenování ukazují, že parametry drsnosti nosného povrchu prošly významnými změnami:
Sq (střední kvadratická drsnost) se snížila z přibližně 5,3 μm na 1,04 μm a povrch se stal hladším;
Ssk (šikmost) se změnila na negativní, což naznačuje změnu v rozložení povrchových vrcholů a údolí, přičemž více materiálu se soustředilo v nízkých bodech (údolích) povrchu a rysy jam se staly zjevnějšími;
Zvýšila se hodnota Sku (kurtosis), což znamená zvýšení únosnosti povrchu.
Tyto změny naznačují, že během procesu utahování dochází k plastické deformaci povrchu, zvětšuje se skutečná kontaktní plocha a podle toho se mění třecí chování. Obrázek níže ukazuje trojrozměrnou topografii dosedací plochy hlavy šroubu před a po utažení: před utažením povrch představuje zřejmou drsnou vrcholovou- strukturu údolí; po utažení jsou drsné vrcholy oříznuty, povrch má tendenci být plochý a směrovost je zřetelnější. To ukazuje, že tření nejen spotřebovává energii, ale také přetváří povrchovou strukturu na mikroúrovni.
Níže uvedený obrázek jasně ukazuje třecí značky a oblasti plastické deformace na povrchu ložiska mikroskopickým pozorováním: v některých oblastech jsou výrazné škrábance a směr prodloužení škrábanců je v souladu se směrem otáčení šroubu, což naznačuje, že tření způsobilo tok materiálu a poškození povrchu.
Níže uvedený obrázek znázorňuje nerovnoměrné charakteristiky kontaktu s povrchem ložiska: skutečná kontaktní plocha je mnohem menší než jmenovitá plocha a zatížení je soustředěno do několika mikro oblastí, což vede k místním vysokým-napěťovým stavům a plastické deformaci. Tento nerovnoměrný kontakt je klíčovým faktorem způsobujícím kolísání koeficientu tření.
