被连接件硬度对扭矩系数影响分析

【摘 要】目前，高强度螺栓扭矩系数的研究分析中，对被连接件硬度这一因素的影响程度存在分歧，文章通过实验方法并加以理论分析重点研究了被连接件硬度对扭矩系数影响程度的大小，探究了被连接件硬度是否为扭矩系数影响的关键因素。利于工程实践中更准确的施加拧紧力矩，提高螺栓的效能。

【关键词】硬度；扭矩系数；效能

1.前言

高强度螺栓广泛应用于机械连接中，其效能主要取决于初始的拧紧程度。我们实际生产时想要得到的是预紧力，但是预紧力又不好直接测量，只能通过拧紧扭矩间接得到，其中的转化因子便是扭矩系数。扭矩系数K是由摩擦系数和螺纹常数共同决定的参数，其影响因素有很多[1]。文章分析被连接件硬度对扭矩系数影响程度，其结果提高了对扭矩系数分析的准确性。

2.实验分析

2.1 实验方法

本次螺栓的扭拉实验采用SCHATZ多功能螺栓紧固件分析系统（德国，传感器精度为0.5%）。符合GB/T 16823中的实验测试机要求，这一系统可以测量出螺栓拧紧过程中的夹紧力、总扭矩和螺纹副上的扭矩，对夹紧力和扭矩的关系精确实时的反映，通过扭矩和夹紧力曲线可以算出扭矩系数。

实验螺栓统一为六角头螺栓M12，长度60mm，表面处理后与螺母配合精度为6g；螺母为六角法兰螺母，表面处理方式与螺栓相同，表面处理之后与螺栓的配合精度为6H。其他参数略，被联接件材料为45#和Q235，板厚度为3mm。

2.2 实验数据处理

本实验的对象是M12的六角头螺栓，被连接件的材料分别为45#钢和Q235钢，其他条件均相同。两组扭矩系数的数据如表2-2。

将上述实验数据导入matlab程序后进行数值拟合[2]，得到两组数据的拟合K线图比分析发现，在形状上并没有太大的区别，K线的斜率大致相同，分布的区域也相近。另外，单独观察分析也两组图发现，各自都出现了几条偏差较大的K线，这说明实验数据存在散差较大的问题。通过理论经分析，影响上述数据散差可能的原因有以下两点：一是孔板表面加工不均匀，未经过统一镀锌等表面加工处理，这样导使在不同的孔位表面摩擦系数不相同，根据公式[3]

可以看出扭矩系数与摩擦系数相关，因此使得扭矩系数值发生了变化；二是孔板在实验的过程中发生了细微变形，由于孔板的微型变形，导致了螺母与连接件的实际接触面发生变化，因为摩擦力与实际的接触面积有关[4]――实际接触面越大，对应的两接触面的摩擦力越大，对应的摩擦系数也也大，进而导致K值受影响。这两种影响对于两组实验过程中都是存在的，对两组实验的干扰影响大致相同。

通过上述分析可知，两组实验数据的差别并不是因为被连接件硬度不同而引起的，是试验过程中实验材料、实验环境等客观原因造成的。

通过以上分析可以得出该对比实验的结论，被连接件的硬度的区别对K值大小的影响很小，可以略微不计。

3.结论

通过对材料为45#和Q235的被连接件进行多组实验，并利用matlab软件做相应的数据分析处理，得出被连接件硬度的差异，对高强度螺栓扭矩系数影响甚微，可以忽略不计。因此，被连接件的硬度不是影响高强度螺栓扭矩系数的关键因素。

参考文献：

[1] 贾贤安，李昊，袁皖安. 高强度螺栓扭矩系数影响因素的实验研究[j]. 技术.2003

[2] 林飞，杜欣. MATLAB语言常用算法程序集.中国电力出版社 2009.

[3] 成大先. 机械设计手册（第五版，第3卷）.化学工业出版社 2011.

[4] 藉国宝 摩擦磨损原理[M]. 农业机械化专用书北.农业出版社.