影响紧固件摩擦系数@@的因素有哪些@@？

在@@现代机械中@@，紧固件的数量约占机器零件总数量的@@60%，其中螺纹联接是机械联接中使用最普遍的形式之一@@。

一般螺纹紧固都具有自锁性能@@，但@@在@@变载@@、冲击@@、振动作用下或者工作温度变化较大时@@均可能发生松动@@，导致预紧力下降@@。

螺纹紧固件的摩擦系数@@是重要的设计参数@@，它直接影响着螺栓的材料强度效能利用和防松性@@。摩擦系数@@较大的螺栓@@一般防松性好@@，但@@是相同扭矩下得到的预紧力也小@@。

而且由于拧紧过程中螺栓会受到更大的剪切力@@，螺栓等效拉应力更容易超过材料的强度极限@@，此时@@设计者往往需要提高螺栓的规格来满足预紧力的设计要求@@，造成材料的浪费@@；

摩擦系数@@较小的螺栓@@@@，在@@相同扭矩下得到的预紧力较大@@，但@@自身防松效果较差@@。可见@@，螺栓摩擦系数@@的选取是一个平衡防松性能与强度效能利用的矛盾问题@@@@。

本文以某规格法兰螺栓为例@@，针对同一规格不同@@表@@面处理要求@@，在@@理论分析@@的基础上@@，通过横向振动实验探究了几种不同@@摩擦系数@@螺栓的防松特性@@，为该规格的高强度连接螺栓的摩擦系数@@设计@@、选定提供有意义的参考@@。

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紧固件的各种防松方式@@

理论分析@@

1.1 螺纹的受力分析@@

相互配合的螺纹之间受到的是一种复合力的作用@@，为了分析方便@@，以矩形螺纹作为研究对象@@。螺纹副中@@，螺母@@所受到的轴向载荷@@@@Q沿螺纹各圈平均分布@@，为便于分析@@，用集中载荷@@Q代替@@，并设@@Q作用在@@中径为@@d2圆周上的一点@@。

将矩形螺纹沿中径@@d2展开@@，得到斜角等于螺纹升角的斜面@@。当螺母@@相对于@@螺杆等速旋转时@@@@，可看作一个滑块@@（螺母@@）沿着斜面作等速滑动@@，如图@@@@1。

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图@@1螺纹受力分析@@

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拧紧螺母@@时@@@@，相当于水平推力@@F推动滑块沿斜面向上滑动@@，它的作用方向与@@d2的圆周相切@@，运动过程中还受到接触面的摩擦力@@Ff、轴向载荷@@Q。

当螺母@@匀速拧紧时@@@@（滑块匀速升@@），根据匀速条件得知滑块所受到的合力为零@@，及作用在@@滑块的各力平衡@@。根据封闭三角形原理@@，得到平衡方程@@：

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匀速拧松螺母@@时@@@@，相当于水平推力@@F推动滑块沿斜面匀速向下运动@@，此时@@摩擦力@@Ff反向@@，则作用在@@滑块的各力平衡@@，根据封闭三角形原则@@，得到平衡方程@@。

1.2 摩擦系数@@对螺栓防松性能的影响@@

螺栓松脱主要是由两方面原因造成的@@：松弛和松动@@。

其中松弛是指紧固件装配完成后@@，整体结构处于静止状态下@@，在@@5～10 min内紧固件的夹紧力会出现衰退的现象@@，主要是由于粗糙表@@面的相互嵌入和材料的蠕变两大原因引起的@@：

松动是指紧固件在@@转配完成后@@，紧固件结构受到一定时@@间的交变载荷后@@，螺母@@与螺栓之间发生了显著的相对转动@@，预紧力下降直到预紧力消失的现象@@。

摩擦系数@@作为螺纹紧固件重要的设计参数@@，直接影响这螺纹紧固件的防松性能@@。根据前文螺纹受力分析@@可知@@：由于螺纹升角的作用@@，拧紧螺母@@所需力矩@@T1和拧松螺母@@所需要的力矩@@T2不同@@，一般情况下拧松力矩为拧紧力矩的@@80%左右@@。

那么@@，拧松力矩越大@@，则螺栓松动的可能性就会越低@@，即螺栓防松的效果越好@@。拧松扭矩公式如下@@：

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当螺纹的类型确定@@@@（螺纹升角确定@@@@）、工况条件确定@@@@（Q确定@@）的前提下@@，拧松力矩与摩擦系数@@成正相关@@@@,这里需要考察是的@@T2绝对值的大小@@，即在@@一定的范围内摩擦系数@@越大@@，其拧松力矩越大@@@@，对应螺栓的防松性能相对越好@@。

实验分析@@

从上述理论分析@@可以看出@@，摩擦系数@@是影响螺栓防松性能的一个重要因素@@。为了进一步探究螺栓的摩擦系数@@对其防松性能的影响规律@@，在@@理论研究的基础上设计了如下实验@@。

2.1 实验材料@@

本文研究的对象是摩擦系数@@对@@必威娱乐防松性能的影响分析@@，因此选取的实验样件型号@@为@@M10*1.25*65-8.8，头部@@形状均为六角头法兰面@@，唯一区别是各组@@之间螺栓的表@@面处理不同@@@@（决定摩擦系数@@的差异@@），具体的材料信息见表@@@@1。

序号@@@@	表@@面处理方式@@	摩擦系数@@	个数@@
1	达克罗@@	0.25	10
2	达克罗@@	0.20	10
3	达克罗@@	0.15	10
4	达克罗@@	0.12	10

表@@1 实验材料@@清单@@

2.2 实验条件@@

整个实验过程中所用到的实验样件均由同一个生产厂家提供@@，保证材料@@、加工工艺等方面的一致性@@：实验环境始终保持在@@常温@@（出现个别天气变化的情况要更改实验进度计划@@）；

实验仪器中选择的频率为@@12.5 Hz，空载振幅为@@±0.8 mm；实验终止条件为振动时@@间达到@@120s或者残余轴向力减少至零@@。

2.3 实验方法@@

本实验利用横向振动试验机@@，该试验机可以测量出螺栓拧紧过程中的夹紧力@@、螺纹副上的扭矩以及分阶段测出轴向力的变化@@，并对轴向力衰减做出一个实时@@反映@@。

实验采用的方法是单一变量的原理@@，整个实验过程中唯一的变量是螺栓的摩擦系数@@@@（由表@@面处理不同@@来体现@@）。实验共分为@@4组@@，每组@@各做@@10次实验@@，每次实验@@都要更换新的样件及工装夹具@@。

每组@@实验保证在@@初始轴向力相同的情况下@@（19.5 kN），分别记录@@30s、60s、90s、120s的轴力变化@@，最终获得各组@@螺栓的轴力残余比@@。

根据记录数据的分析和对比可以判定紧固件的防松性能@@。在@@实验过程中@@，夹紧力衰减的越慢@@（残余比越大@@），防松性能越好@@；反之@@，夹紧力衰减越快@@（残余比越小@@），防松性能越差@@。

2.4实验结果分析@@

1）对实验数据进行整理@@，得到不同@@摩擦系数@@的螺栓@@在@@振动过程中各监测点的残余轴向力均值@@，如表@@@@2。

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通过表@@@@2可以得出@@，随着实验时@@间的推移@@，各组@@螺栓的残余轴向力都有不同@@程度的衰减@@，且当摩擦系数@@由@@0.25降至@@0.12时@@，对应的轴力残余比也依次降低@@，根据前面的分析可得@@，其对应的螺栓@@防松性能也依次下降@@。

2）为了能更加直观地表@@现出螺栓所受轴向力衰减与摩擦系数@@的关系@@，对实验数据进行整合处理@@，得到各监测点残余轴向力与初始轴向力百分比的平均值@@，如表@@@@3；并将不同@@摩擦系数@@下的各监测点轴力残余比拟合成了四@@条曲线@@，如图@@@@2。

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图@@2 不同@@摩擦系数@@下各监测点轴力残余比变化趋势@@

通过表@@@@3对四@@种摩擦系数@@下得到的螺栓@@实验数据的对比@@，以及图@@@@2表@@示的不同@@摩擦系数@@下各监测点轴力比的变化趋势@@，可以得出@@以下测试结果@@。

对于@@必威娱乐（强度等级@@≥8.8）紧固过程中@@，在@@保证拧紧的前提下@@@@（初始轴向力一般为屈服轴向力的@@75%左右@@），以上@@四@@种摩擦系数@@的螺栓@@最终的轴力残余比均@@≥80%，可见@@以上@@四@@组@@螺栓均具有一定的防松能力@@，但@@防松的性能有一定的差异@@；

以上@@4种摩擦系数@@的螺栓@@在@@经历@@@@120s的横向振动后@@，轴向力都有衰减的趋势@@，但@@4组@@螺栓的轴力衰减程度不同@@@@。摩擦系数@@高@@（0.25）的螺栓@@，在@@到达@@30s过后@@，衰减曲线几乎趋于水平@@，轴力衰减相对较平缓@@，防松性能较好@@；

摩擦系数@@低@@（0.12）的螺栓@@，经历@@120s的实验过程中@@，衰减曲线始终呈现坡度下降的趋势@@，轴力衰减相对较快@@，防松性能相对较低@@。