Beeinflusst die Oberflächenbehandlung die Schraubenanzugseigenschaften?

Beeinflusst die Oberflächenbehandlung die Anzugseigenschaften von? Schrauben? Ja. Um den Streuungsfehler des Schraubendrehmomentkoeffizienten zu verringern und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, werden Verbindungselemente normalerweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Allerdings haben unterschiedliche Oberflächenbehandlungen einen erheblichen Einfluss auf den Reibungskoeffizienten von Gewindeverbindungen, der sich letztendlich auf die Anzugseigenschaften von Schrauben auswirkt. Im Folgenden wird das relevante Wissen über Verbindungselemente kombiniert und der Einfluss der Oberflächenbehandlung auf die Anzugseigenschaften von Schrauben analysiert.

I. Theoretische Analyse des Einflusses des Reibungskoeffizienten auf den Schraubendrehmomentkoeffizienten

1. Anzugsdrehmoment der Schraubenverbindung

1.1 Reibung in dreieckigen Schraubenschraubenpaaren

Die Reibung in beweglichen Paaren kann entsprechend der Form der Kontaktfläche in Ebenenreibung, Schrägebenenreibung und Rillenreibung unterteilt werden. Um die Berechnung der Reibungskraft in Bewegungspaaren zu vereinfachen, kann unabhängig von der geometrischen Form der beiden kinematischen Paarelemente des Bewegungspaars der Kontakt der beiden Komponenten mit unterschiedlichen geometrischen Formen als Kontakt eines Bewegungspaars entlang einer einzigen Ebene betrachtet werden (wie in Abbildung 1 dargestellt), und die Berechnungsformel seiner Reibungskraft kann einheitlich als Formel (1) ausgedrückt werden:

Rillenreibung: Das rotierende Paar mit dreieckigem Gewinde kann die Bewegung der Mutter auf der Schraube als Bewegung eines keilförmigen Schiebers auf einer geneigten Rillenoberfläche annähern, d. h. eine Kombination aus Rillenreibung und Reibung in der schiefen Ebene. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Rillenwinkel 90 Grad (wie in Abbildung 2 dargestellt).

1.2 Anzugsdrehmoment der Schrauben

Das beim Anziehen der Schraube erforderliche Gesamtdrehmoment besteht aus zwei Teilen: dem Anzugsdrehmoment zur Überwindung der Reibung des Gewindepaares und dem Reibungsdrehmoment zwischen Schraubenkopf oder Mutter und Auflagefläche.

2. Drehmomentkoeffizient der Schraubenverbindung

Das gesamte Schraubendrehmoment ist in drei Teile unterteilt, nämlich den Reibungsverbrauch an der Schraubenauflagefläche, den Gewindereibungsverbrauch und den Vorspannungsverbrauch (wie in Abbildung 3 dargestellt).

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass während des Anziehvorgangs der Energieverbrauch durch Reibung an der Bolzenauflagefläche etwa 50 %, der Gewindereibungsverbrauch etwa 40 % und der Vorspannungsarbeitsverbrauch etwa 10 % ausmacht. Bei gleichem Anzugsdrehmoment und einer Änderung des Reibungskoeffizienten um 0,05 beträgt der Schwankungsbereich der Vorspannung bis zu 43,1 %. Das heißt, bei geringfügigen Unterschieden in der Oberflächenbehandlung von Schrauben beträgt die axiale Vorspannung unter der Annahme, dass sich der Reibungskoeffizient um 0,05 erhöht, nur 57 % des Originals, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko für die Zuverlässigkeit von Schraubenverbindungen mit sich bringt. Daher muss der Forschung zum Reibungskoeffizienten von Fadenpaaren volle Aufmerksamkeit gewidmet werden.

II. Analyse des Einflusses der Oberflächenbehandlung auf den Drehmomentkoeffizienten

Durch das multifunktionale Analysesystem für Schraubenbefestigungen können die Klemmkraft, das Gesamtdrehmoment und das Drehmoment am Gewindepaar während des Schraubenanziehvorgangs gemessen werden, was die Beziehung zwischen Klemmkraft und Drehmoment genau und in Echtzeit widerspiegeln und gleichzeitig den Reibungskoeffizienten messen kannBolzengewinde und der Auflagefläche des Schraubenkopfes. Die Datenanalyse zeigt, dass die Dicke der verzinkten Schicht nur einen geringen Einfluss auf den Reibungskoeffizienten des Schraubenkopfes hat, jedoch einen erheblichen Einfluss auf den Reibungskoeffizienten des Gewindes hat, der letztendlich auch einen erheblichen Einfluss auf den Drehmomentkoeffizienten hat.

III. Einfluss der Oberflächenbehandlung auf die zulässige Festigkeit von Schrauben

Schraubverbindungen unterliegen beim Anziehen einer kombinierten Torsions-Zugbeanspruchung. Gemäß der dritten Festigkeitstheorie kann die zulässige äquivalente Spannung von Gewindebefestigungen durch Formel (9) ermittelt werden:

Beim Anziehen von Gewindeverbindungen wird das Gesamtdrehmoment in drei Teile aufgeteilt: Reibungsverbrauch an der Bolzenauflagefläche, Gewindereibungsverbrauch und Vorspannungsverbrauch. Unter anderem führt der Reibungsverbrauch an der Bolzenauflagefläche und der Gewindereibungsverbrauch dazu, dass der Stangenteil des Gewindebefestigungselements eine Torsionsscherspannung trägt, und der Vorspannungsverbrauch führt dazu, dass der Stangenteil des Gewindebefestigungselements eine tatsächliche Zugspannung erzeugt. Die äquivalente Zugspannung, der die Schraube standhalten kann, ist festgelegt und darf die Streckgrenze der Schraube nicht überschreiten. Dadurch wird die Torsionsschubspannung verringert, die vom Stangenteil getragen wirdGewindebefestigungkann die durch die tatsächliche Vorspannung erzeugte Zugspannung erhöhen, d. h. durch Reduzierung des Reibungsverbrauchs an der Bolzenauflagefläche und des Gewindereibungsverbrauchs wird das Drehmoment so weit wie möglich in Vorspannung umgewandelt.

Die Analyse des Reibungskoeffizienten zeigt, dass Schrauben mit einem kleinen Reibungskoeffizienten durch Aufbringen eines kleinen Drehmoments eine größere axiale Vorspannung erreichen können, was für die Einsparung von Energieverbrauch und die Verbesserung der Betriebseffizienz von Schrauben von großer Bedeutung ist.

IV. Faktoren, die die Schraubenanzugseigenschaften beeinflussen

(1) Die Analyse zeigt, dass der Reibungskoeffizient einen erheblichen Einfluss auf die Energieverteilung im Reibungsverbrauch der Schraubenauflagefläche, im Gewindereibungsverbrauch und im Vorspannungsarbeitsverbrauch während des Anziehvorgangs hat. Eine kleine Änderung des Reibungskoeffizienten führt zu einer großen Schwankung der Vorspannung.

(2) Durch experimentelle Analyse des Zusammenhangs zwischen verschiedenen Oberflächenbehandlungen und dem Reibungskoeffizienten von Gewindebefestigungen sowie der Drehmomentvorspannung werden die Einflussregeln der Dicke der verzinkten Schicht und verschiedener Chromatbehandlungen auf den Reibungskoeffizienten und den Drehmomentkoeffizienten ermittelt: Je größer die Beschichtungsdicke, desto höher der Reibungskoeffizient; Der Reibungskoeffizient von mit C2C-Chromat behandelten Schrauben ist viel größer als der von mit C2D-Chromat behandelten Schrauben.

(3) Im Vergleich zu mit C2C-Chromat behandelten Schrauben kann die Verwendung von mit C2D-Chromat behandelten Schrauben den Reibungsverbrauch des Drehmoments an der Schraubenauflagefläche und dem Gewinde verringern und eine größere axiale Vorspannung erzielen, was für die Einsparung von Energieverbrauch und die Verbesserung der Betriebseffizienz von Schrauben von großer Bedeutung ist.