Kao osnovni indikator za kontroluboltsila stezanja, realnost je da se većina momenta zatezanja gubi kroz trenje, a samo mali dio se zapravo pretvara u silu stezanja. Dakle, koji faktori na kraju određuju distribuciju momenta vijka i veličinu koeficijenta trenja? Danas će urednik iz Jiangsu Jinrui podijeliti empirijsku studiju zasnovanu na mikrotopografskoj analizi, koja otkriva ključne faktore koji utiču na raspodjelu momenta vijka i koeficijent trenja, pružajući snažnu osnovu za postizanje visoke{1}}pouzdanosti pričvršćivanja.
1. Koeficijent trenja i raspodjela momenta
Prilikom zatezanja vijka, ulazni moment se ne koristi u potpunosti za istezanje zavrtnja i stvaranje sile stezanja. Zapravo, obrtni moment je raspoređen na tri puta potrošnje:
Trenje navoja: Trenje se javlja u području kontakta navoja između vijka i matice, trošeći veliku količinu obrtnog momenta;
Trenje površine ležaja: Trenje također postoji između glave vijka i podloške ili površine spojene komponente, a okretni moment koji se troši u ovom dijelu ima veći udio;
Efekat ugla navoja navoja (tj. efektivna komponenta prednaprezanja): Samo se ovaj dio momenta istinski koristi za istezanje zavrtnja i tako formiranje sile stezanja.
Studije su pokazale da se otprilike 85% do 90% obrtnog momenta koristi za prevazilaženje trenja, a samo oko 10% se pretvara u zateznu silu vijaka.
To znači da kada se koeficijent trenja promijeni, učinkovitost konverzije momenta će se promijeniti u skladu s tim, što će rezultirati mogućom razlikom više nego dvostrukom u sili stezanja koja se stvara pod istim momentom. Stoga je nepouzdano blokirati silu stezanja isključivo obrtnim momentom.
2. Dizajn šeme
Da bi se duboko istražili ključni faktori koji određuju distribuciju momenta vijka i koeficijent trenja, Tribološka laboratorija École Centrale de Lyon u Francuskoj dizajnirala je sistematsku eksperimentalnu šemu. Osnovni cilj ove šeme je kombinovanje mehaničkog ispitivanja sa analizom mikrotopografije površine kako bi se uspostavila uzročna veza između ponašanja trenja i mikrostrukture.
Eksperiment je izveden u skladu sa standardom ISO 16047 za ispitivanje sile stezanja momentom{1}}. Korišteni su vijci specifikacije M10×60, izrađeni od čelika 30MnB4, koji su bili hladno{7}}navijeni, navojem-valjani, a zatim elektrogalvanizirani. Detaljno su zabilježene specifične vrijednosti ukupnog momenta, dok su moment navoja i zakretni moment površine ležaja odvojeni kako bi se precizno izračunao koeficijent trenja i analizirao zakon raspodjele momenta. Tehnologija trodimenzionalnog skeniranja topografije korištena je za izdvajanje parametara vezanih za hrapavost-a, a promjene parametara prije i nakon zatezanja su upoređene kako bi se istražila intrinzična korelacija između ponašanja trenja i mikrotopografije. Ovaj dizajn ne uzima u obzir samo mehaničke performanse, već i zadire u mikro nivo, otkrivajući fundamentalne razloge za promjene u raspodjeli momenta vijka i koeficijentu trenja.
3. Metoda provjere verifikacije
Na osnovu gornje šeme napravljen je test uređaj u skladu sa standardom ISO 16047, koji može precizno izmjeriti moment i silu stezanja. Proces testiranja uključuje sljedeće linkove:
Učvršćivanje i opterećenje zavrtnja: Instalirajte vijak na standardizovani ispitni sto, primenite podešeni obrtni moment i u realnom-vremenu beležite vrednosti ukupnog obrtnog momenta, momenta navoja, obrtnog momenta površine ležaja i sile stezanja;
Mjerenje odvajanja trenja: Odvojite trenje navoja od trenja površine ležaja kroz specijalnu strukturu uređaja i senzora kako biste osigurali tačnost izračuna koeficijenta trenja;
Raspored skeniranja topografije: Prije i nakon svake operacije zatezanja, izvršite trodimenzionalno skeniranje na površini ležaja glave vijka i površine podloške da biste uhvatili informacije o karakteristikama na nivou mikrona{1}};
Ekstrakcija i analiza parametara: Izdvojite parametre koji se odnose na hrapavost-i kombinirajte ih s podacima o trenju da analizirate odgovarajući odnos između promjena topografije površine i ponašanja trenja.
Slika ispod prikazuje strukturu ispitnog stola i specifične pozicije mjernih tačaka.
4. Analiza rezultata topografije
Podaci testa otkrili su nekoliko ključnih fenomena koji pomažu da se duboko razumiju fundamentalni faktori koji određuju raspodjelu momenta i koeficijent trenja:
4.1 Dinamičke promjene koeficijenta trenja
Tokom procesa zatezanja, koeficijent trenja nije konstantan već se kontinuirano mijenja sa kontaktnim stanjem. Općenito, koeficijent trenja na površini ležaja je oko 44% veći od koeficijenta trenja navoja, što ukazuje da se većina momenta troši na površinu ležaja, a ne na površinu navoja.
4.2 Značajna disperzibilnost momenta
Čak i kada je postavljen isti cilj sile stezanja, razlika u potrebnom momentu može biti skoro dvostruko veća. Na primjer, neki zavrtnji zahtijevaju obrtni moment od 96,7 Nm, dok drugi trebaju samo 54,5 Nm. Ova disperzibilnost vrijednosti momenta je direktno uzrokovana nestabilnošću koeficijenta trenja.
4.3 Značajna evolucija topografije površine
Rezultati trodimenzionalnog skeniranja{0}} pokazuju da su parametri hrapavosti nosive površine pretrpjeli značajne promjene:
Sq (srednja kvadratna hrapavost) smanjila se sa približno 5,3 μm na 1,04 μm, a površina je postala glatkija;
Ssk (košenje) je postalo negativno, što ukazuje na promjenu u distribuciji površinskih vrhova i dolina, s više materijala koncentrisanog u nižim tačkama (dolinama) površine, a karakteristike jame su postale očiglednije;
Povećana je vrijednost Sku (kurtosis), što znači da je povećana nosivost površine.
Ove promjene ukazuju na to da se tijekom procesa zatezanja površina podvrgava plastičnoj deformaciji, povećava se stvarna kontaktna površina, a ponašanje trenja se u skladu s tim mijenja. Slika ispod prikazuje trodimenzionalnu topografiju nosive površine glave zavrtnja prije i nakon zatezanja: prije zatezanja, površina predstavlja očiglednu grubu vršnu-dolinsku strukturu; nakon zatezanja, grubi vrhovi se smiču, površina teži da bude ravna, a usmjerenost je očiglednija. Ovo pokazuje da trenje ne samo da troši energiju već i preoblikuje površinsku strukturu na mikro nivou.
Slika ispod jasno označava tragove trenja i područja plastične deformacije na površini ležaja mikroskopskim posmatranjem: u nekim područjima ima značajnih ogrebotina, a smjer proširenja ogrebotina je u skladu sa smjerom rotacije vijka, što ukazuje da je trenje uzrokovalo protok materijala i oštećenje površine.
Na slici ispod prikazane su neravnomjerne karakteristike kontakta nosive površine: stvarna kontaktna površina je mnogo manja od nominalne površine, a opterećenje je koncentrisano u nekoliko mikro područja, što dovodi do lokalnih visokih{0}}napona i plastične deformacije. Ovaj neravnomjeran kontakt je ključni faktor koji uzrokuje fluktuacije koeficijenta trenja.
