因?yàn)槟壳搬槍β菁y副摩擦系數(shù)的檢測設(shè)備主要是歐洲尤其是德國的,檢測報告也就以歐洲習(xí)慣的符號表示,所以這里有必要將歐洲的上緊力矩、預(yù)緊力與摩擦系數(shù)的公式解釋一下:

式中:T—上緊扭矩
F—預(yù)緊力
P—螺距
D0—支承面外徑
d2—螺紋中徑
dh—螺栓通過的墊圈或支承零件的孔徑
μb—支撐面的摩擦系數(shù)
μth—螺紋摩擦系數(shù)
其中:

式中:Tt h—螺紋扭矩
Tb—支撐面的摩擦扭矩
Db—支撐面摩擦的有效直徑
這里有兩個摩擦系數(shù),一個是支撐面摩擦系數(shù),一個是螺紋摩擦系數(shù),它們分別對扭矩轉(zhuǎn)換有什么影響呢?我們看一組據(jù)。

從檢測數(shù)據(jù)中可以看出,當(dāng)螺紋摩擦系數(shù)一定時,K/ μ隨支撐面摩擦系數(shù)變化小,而當(dāng)支撐面摩擦系數(shù)一定時,K/μ 隨螺紋摩擦系數(shù)變化大。也就是說,在兩個摩擦系數(shù)中,要考慮K值穩(wěn)定,讓軸力符合設(shè)計范圍并均勻一致,就要對螺紋摩擦系數(shù)更加關(guān)注,即在實(shí)際裝配操作工藝過程中對螺紋摩擦更加重視。在螺母上緊的實(shí)際過程中,前期在螺母未擰到接觸面時的松配合情況下,螺母的螺紋朝著螺栓頭的一面與螺栓接觸,而在后期預(yù)緊扭矩上升的過程中,螺母的螺紋是背對螺栓頭的一面與螺栓接觸,為了保證在后期有充足的潤滑劑填充在螺紋副接觸面之間,從工藝上保證螺紋摩擦系數(shù)的一致性,從而保證扭矩系數(shù)的一致性,進(jìn)而保證預(yù)緊力均勻一致,這里建議在螺栓上涂抹潤滑劑時采用刮涂的工藝,讓牙扣中充滿潤滑劑。
同時,研究發(fā)現(xiàn),在螺栓松動時,往往先是螺栓和螺母的螺紋嚙合部位發(fā)生松動,之后才是支撐面的滑動。(Tanaka, M.,Hongo, K., and Asaba, E., 1982,“ Finite Element Analysis of theThreaded Connections Subjected to External Loads,” Bull. JSME,25, pp.291–298.)也就是說,在相同表面狀態(tài)的條件下,螺紋摩擦是弱點(diǎn),(這從上緊力矩的分配中也可以看出),要考慮防松,我們也要對螺紋摩擦系數(shù)多關(guān)注一些,與檢測數(shù)據(jù)的表格分析一致。但這并不表明支撐面摩擦就不重要了,因?yàn)楫吘蛊淠Σ琳剂胤峙涞?0%,前述分析是相對而言的。
摩擦系數(shù)增大,則上緊力矩轉(zhuǎn)換成預(yù)緊力的比例減小,要得到相同的預(yù)緊力,上緊扭矩必然需要增大,而過大的上緊扭矩會導(dǎo)致工具易損、操作危險等。摩擦系數(shù)減小,則上緊力矩轉(zhuǎn)換成預(yù)緊力的比例增加,在相同的上緊力矩下,會引起預(yù)緊力的倍增,如摩擦系數(shù)過小,則預(yù)緊力與上緊力矩的關(guān)聯(lián)敏感性過強(qiáng),會放大上緊扭矩誤差,易引起過載;同時摩擦系數(shù)過小,在相同的預(yù)緊力條件下,上緊力矩就會很小,這樣松動力矩必然也很小,螺栓易松動,風(fēng)電機(jī)組可靠性大大降低。
那么摩擦系數(shù)在一個什么樣的范圍內(nèi)才合適呢?目前筆者沒有找到可以計算的公式,只有一個經(jīng)驗(yàn)值供大家參考。在德國,推薦的摩擦系數(shù)范圍是0.07 0.12。這里要注意的是,3個摩擦系數(shù)都應(yīng)在這個范圍內(nèi),即螺紋摩擦系數(shù)、支撐面摩擦系數(shù)以及總摩擦系數(shù)都必須在0.07 0.12 之間。摩擦系數(shù)大于0.12,則上緊力矩會過大,小于0.07 則可能導(dǎo)致易松,在這個范圍內(nèi),被認(rèn)為是合適、可靠的。
綜上所述,我們在考慮風(fēng)電螺栓緊固問題時,不能僅僅關(guān)注扭矩系數(shù)K,還要關(guān)注摩擦系數(shù)μ,這才能讓我們的風(fēng)電機(jī)組更安全可靠。