被连接件表面处理对螺栓扭矩系数的影响分析

韦耀华

摘 要：目前汽车螺栓在设定扭矩时，都是针对螺栓本体进行设定，没有考虑被连接件表面处理对扭矩系数的影响。文章基于螺栓扭矩系数的计算公式从理论上对被连接件表面状况对扭矩系数影响进行了分析，通过螺栓拧紧实验研究了不同被连接件表面处理对支撑面的摩擦系数的影响，研究表明被连接件表面处理对螺栓扭矩系数影响很大，在计算扭矩时也应该考虑螺栓使用场合，适当调整支撑面的摩擦系数。

关键词：被连接件；表面处理；扭矩系数

中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0077-02

紧固件数量占汽车基础零件总数的40%，在装配线上紧固件占整个工作量的70%，紧固件的装配可靠性对于汽车质量是至关重要的。目前汽车螺栓进行紧固大多采用扭矩法，这种方法操作简单，对设备要求低，但是扭矩系数的散差对预紧力的大小影响极大，因此对于扭矩系数散差的控制要求极高。现在很多汽车公司都采用控制螺栓摩擦系数的方法，来控制扭矩系数，但是没有考虑被连接件摩擦系数对扭矩系数的影响，这对扭矩的设定是极为不利的，本文从理论和实验分析了被连接件表面处理对扭矩系数的影响，提出根据使用场合适当调整支承面摩擦系数，为扭矩系数的精确计算提供可靠依据。

1 被连接件表面处理对扭矩系数影响

根据国家标准GB/T 16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》中扭矩系数的计算公式，

扭矩系数是由摩擦系数和螺纹常数共同决定的参数，对于特定的螺纹联接副而言，螺栓的螺纹常数是固定的，当摩擦系数确定之后，扭矩系数也就唯一确定了。从公式中可以看出螺栓的摩擦系数分为螺纹摩擦系数和支撑面的摩擦系数，扭矩系数受这两个摩擦系数共同影响。对于拧螺母这种装配方式，螺纹摩擦系数由螺纹常数和螺栓以及螺母表面处理决定，支撑面的摩擦系数由螺纹常数和螺母以及被连接件的表面处理决定。对于拧螺栓这种装配方式，螺纹摩擦系数由螺纹常数和螺栓以及螺母表面处理决定，支撑面的摩擦系数由螺纹常数和螺栓以及被连接件的表面处理决定。因此，被连接件的表面处理会影响支撑面的摩擦系数，最终会影响螺栓的扭矩系数。目前，大多工程师在进行扭矩计算的时候，都没有区分螺纹摩擦系数和支撑面的摩擦系数，都是直接根据螺栓的材质和表面处理查表获得摩擦系数，而且认为两个摩擦系数是一样的。如对于镀锌螺栓，工程师会根据机械设计手册认为螺纹摩擦系数和支撑面的摩擦系数都为0.15。其实螺纹的接触状况和支撑面的接触状况是不同的，即便是控制了摩擦系数的螺栓螺母，也不能保证螺纹摩擦系数和螺栓摩擦系数是一致的，因为汽车上被连接件表面处理摩擦系数是很难控制的，也很少有公司控制。从理论上分析，被连接件的表面处理是会影响螺栓的扭矩系数，下面从实验分析，到底被连接件表面处理会不会影响螺栓的扭矩系数。多功能螺栓紧固分析系统如图1所示：

2 试验研究

2.1 实验设备及原理

本实验采用Schatz多功能螺栓紧固分析系统，拧紧机自带一个测定总扭矩Tf的扭矩传感器，同时在螺纹装配夹具内安装了测定螺纹扭矩Ts的传感器和测定夹紧力F的力传感器。

根据紧固扭矩与夹紧力的比值，总摩擦系数，螺纹摩擦系数，支撑面的摩擦系数用如下公式（5）（6）（7）计算确定：

2.2 实验方案及结果分析

2.2.1 实验方案

2.2.2 实验数据处理

①两个总体一致性的检验（非参数检验）。两个总体的一致性检验，以较小的风险（本次分析选5%出错的概率）来判断估计数值与总体数值是否存在显著差异，是否应当接受原假设选择的一种检验方法。现将螺栓螺母表面处理为Fe/Ep·Zn12·c2D的40组支撑面的摩擦系数实验数据，按照被连接件表面处理方式分为两个总体，一个电泳总体A，一个电镀总体B。

编写程序如下：

结果表明：一方面p=4.025e-08，表示两样本总体均值相等的概率为4.025e-08，接近于0；另一方面h=1，表示两个样本不一致，也说明被连接件表面处理方式对支撑面摩擦系数影响很大。

②被连接件电镀、电泳对支撑面摩擦系数和扭矩系数的影响规律将被连接件电镀和电泳支撑面摩擦系数和扭矩系数进行对比，如图2和图3所示。

通过以上实验数据对比可以看出，被连接件为电泳的支撑面摩擦系数要比为电镀要高，由于被连接件为电泳支撑面摩擦系数比电镀高，导致被连接件为电泳的扭矩系数普遍要比电镀的高。如图4所示，为做完实验后的电泳电镀垫片，从图4中可以看出在电泳垫片在螺栓拧紧过程中容易起皮，电泳碎渣使得支撑面摩擦系数增大，而电镀垫片做完实验后面比较光滑，所以相对于电泳摩擦系数小。

3 结 语

电泳和电镀的被连接件支撑面摩擦系数，经过两个总体一致性的检验（非参数检验），发现两个总体显著不同，说明被连接件不同表面处理方式对螺栓支撑面摩擦系数有显著影响。而且进一步对比发现，被连接件采用电泳支撑面摩擦系数和扭矩系数比采用电镀要高。因此，在设定扭矩时，需要考虑螺栓的使用场合对扭矩系数作适当调整。

参考文献：

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[2] GB/T 16823.2-1997，螺纹紧固件紧固通则[S].

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