關(guān)于風(fēng)電螺栓扭矩系數(shù)與摩擦系數(shù)的探討

　　2 摩擦系數(shù)μ
　　通過扭矩系數(shù)K，我們直觀地看到了螺栓上緊扭矩與最終夾緊力之間的關(guān)系，因此扭矩系數(shù)K 對(duì)螺栓現(xiàn)場施工上緊的扭矩大小至關(guān)重要，而且在換算扭矩與夾緊力方面比較容易操作。但要想系統(tǒng)研究螺栓整個(gè)上緊過程中的力矩轉(zhuǎn)化與消耗，僅用扭矩系數(shù)K 則略顯簡單，因?yàn)榕ぞ叵禂?shù)K 是多個(gè)變量的綜合反映。要想明確幾何形狀及摩擦等各單變量的影響程度，則需要引入另一關(guān)鍵系數(shù)，摩擦系數(shù)μ。
　　很早以前，美國懷特帕特森空軍基地就確定了一系列的影響螺栓扭矩--- 預(yù)緊力關(guān)系的因素。（Stewart， R.， Torque/Tension Variables， List prepared at Wright-Patterson Air ForceBase， April 16， 1973.）我們下邊列出這些影響因素：
　　螺栓的材質(zhì)
　　螺栓的成型工藝
　　螺紋形狀
　　螺栓的同心性
　　螺紋連接副、墊圈的硬度
　　墊圈的類型、種類
　　部件的表面粗糙度
　　內(nèi)螺紋邊緣的毛刺
　　螺栓鍍層的厚度、種類和一致性
　　螺栓的潤滑
　　螺栓的上緊工具
　　螺栓的上緊速度
　　扭矩扳手和螺栓的配合度
　　螺栓的使用次數(shù)
　　環(huán)境溫度等
　　可以看出，這些因素中的絕大部分，都和摩擦有一些聯(lián)系。可以說，摩擦對(duì)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力有巨大的影響，如果摩擦過大、過小或者不穩(wěn)定，則高強(qiáng)度螺栓達(dá)不到設(shè)計(jì)的預(yù)緊效果。如圖１所示，我們對(duì)高強(qiáng)度螺栓施加的扭矩，有80% 多都消耗在了克服摩擦力上。
　　那么摩擦系數(shù)會(huì)對(duì)上緊扭矩中預(yù)緊力的分配有多大的影響？通過下面的檢測結(jié)果可以得到反映。
 

　　從檢測數(shù)據(jù)可以看出，在相同的上緊扭矩情況下，當(dāng)摩擦系數(shù)變化０．０１時(shí)，預(yù)緊力的變化幅度高達(dá)３７．５％。從圖１的上緊力矩轉(zhuǎn)換分配情況，我們也同樣可以發(fā)現(xiàn)，所施加上緊力矩的50% 被支承面的摩擦消耗了，其余40% 被螺紋的摩擦消耗了，只有10% 轉(zhuǎn)化成了預(yù)緊力。如果支撐面間的摩擦力因?yàn)橐稽c(diǎn)小小的粗糙度影響，增加了10%，則支承面的力矩消耗由50% 增加到55%，這增加的5% 不會(huì)影響螺紋之間的摩擦，只會(huì)將預(yù)緊力由占總預(yù)緊力矩的10% 減小到5%，這就意味著，這根“問題螺栓”最終的預(yù)緊力只有普通螺栓的一半，也就是說，摩擦力10% 的增加就會(huì)引起預(yù)緊力50% 的變化，因此我們必須充分重視螺紋副摩擦系數(shù)的研究。
　　其實(shí)在國內(nèi)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中就已經(jīng)將上緊力矩、軸力與摩擦系數(shù)聯(lián)系在一起了。在《中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典（第三卷）》（江西科學(xué)技術(shù)出版社）中就有該項(xiàng)公式：

式中：Ｍ—上緊扭矩
　　Ｐ０—軸向力
　　ｄ—螺紋外徑
　　ｄ２—螺紋平均直徑
　　D—六角螺栓外接圓直徑
　　α—螺紋升角，ｔａｎ α ＝ｓ／ π ｄ，ｓ為螺距
　　β—螺紋摩擦角，ｔａｎ β ＝ｆ，ｆ為螺紋間摩擦系數(shù)
　　μ—支撐面的摩擦系數(shù)
　　從以上公式可以看出，影響上緊力矩與軸向力比值的關(guān)鍵因素就在于螺距和摩擦系數(shù)，這和我們前面對(duì)影響扭矩系數(shù)Ｋ的因素分析完全一樣。摩擦系數(shù)μ 能幫助我們更深入、更系統(tǒng)的研究涂層和潤滑劑等對(duì)螺栓預(yù)緊力的影響，在國外特別是歐洲，在高強(qiáng)度螺栓檢測和上緊中，特別重視摩擦系數(shù)μ 的控制，這一點(diǎn)從歐洲的風(fēng)電技術(shù)圖紙中就可以看出，往往是規(guī)定摩擦系數(shù)而不是扭矩系數(shù)。