Ohjauksen perusindikaattorinapulttikiristysvoima, todellisuus on, että suurin osa kiristysmomentista menetetään kitkan vuoksi, ja vain pieni osa muunnetaan kiristysvoimaksi. Joten mitkä tekijät lopulta määräävät pultin vääntömomentin jakautumisen ja kitkakertoimen suuruuden? Tänään Jiangsu Jinruin toimittaja jakaa mikrotopografiseen analyysiin perustuvan empiirisen tutkimuksen, joka paljastaa keskeiset tekijät, jotka vaikuttavat pultin vääntömomentin jakautumiseen ja kitkakertoimeen. Se tarjoaa vahvan perustan korkean-luotettavuuden saavuttamiselle.
1. Kitkakerroin ja vääntömomentin jakautuminen
Pulttia kiristettäessä syöttömomenttia ei käytetä kokonaan pultin venyttämiseen ja puristusvoiman tuottamiseen. Itse asiassa vääntömomentti jakautuu kolmeen kulutuspolkuun:
Kierteen kitka: Kitkaa esiintyy pultin ja mutterin välisellä kierteen kosketusalueella, mikä kuluttaa suuren määrän vääntömomenttia;
Laakerin pinnan kitka: Kitkaa esiintyy myös pultin pään ja aluslevyn tai liitetyn komponentin pinnan välillä, ja tässä osassa kulutettu vääntömomentti muodostaa suuremman osan;
Kierteen johtokulmavaikutus (eli tehokas esijännityskomponentti): Vain tätä osaa vääntömomentista käytetään todella pultin venyttämiseen ja siten puristusvoiman muodostamiseen.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että noin 85–90 % vääntömomentista käytetään kitkan voittamiseksi, ja vain noin 10 % muunnetaan pultin vetovoimaksi.
Tämä tarkoittaa, että kun kitkakerroin muuttuu, vääntömomentin muunnostehokkuus muuttuu vastaavasti, mikä johtaa mahdolliseen yli kaksinkertaiseen eroon samalla vääntömomentilla syntyvässä puristusvoimassa. Siksi on epäluotettavaa lukita kiristysvoimaa pelkästään vääntömomentilla.
2. Kaaviosuunnittelu
Ranskalaisen École Centrale de Lyonin tribologian laboratorio suunnitteli systemaattisen kokeellisen järjestelmän, jotta voitaisiin tutkia syvällisesti pultin vääntömomentin jakautumisen ja kitkakertoimen määrääviä keskeisiä tekijöitä. Tämän järjestelmän ydintavoite on yhdistää mekaaninen testaus pinnan mikrotopografian analyysiin, jotta voidaan määrittää syy-yhteys kitkakäyttäytymisen ja mikrorakenteen välillä.
Koe suoritettiin ISO 16047 -standardin vääntömomentin-puristusvoimatestauksen mukaisesti. Käytetyt pultit olivat eritelmän M10 × 60, valmistettu 30MnB4 teräksestä, jotka oli kylmä-päätetty, kierre{8}}valssattu ja sitten sähkösinkitty. Kokonaisvääntömomentin ominaisarvot kirjattiin yksityiskohtaisesti, kun taas kierteen vääntömomentti ja laakeripinnan vääntömomentti erotettiin kitkakertoimen laskemiseksi tarkasti ja vääntömomentin jakautumislain analysoimiseksi. Kolmiulotteista topografiaskannaustekniikkaa käytettiin karheuteen liittyvien parametrien erottamiseen, ja parametrien muutoksia ennen ja jälkeen kiristystä verrattiin kitkakäyttäytymisen ja mikrotopografian välisen luontaisen korrelaation tutkimiseksi. Tämä suunnittelu ei huomioi vain mekaanista suorituskykyä, vaan myös sukeltaa mikrotasoon, paljastaen perustavanlaatuiset syyt pulttien vääntömomentin jakauman ja kitkakertoimen muutoksiin.
3. Testin vahvistusmenetelmä
Yllä olevan kaavion perusteella rakennettiin ISO 16047 -standardin mukainen testilaite, jolla voidaan mitata tarkasti vääntömomenttia ja puristusvoimaa. Testiprosessi sisältää seuraavat linkit:
Pultin kiinnitys ja kuormitus: Asenna pultti standardoituun testipenkkiin, käytä asetettua vääntömomenttia ja tallenna reaaliajassa kokonaisvääntömomentin, kierteen vääntömomentin, laakerin pinnan vääntömomentin ja puristusvoiman arvot.
Kitkaerotuksen mittaus: Erota kierteen kitka laakerin pinnan kitkasta laitteen ja antureiden erityisrakenteen avulla kitkakertoimen laskennan tarkkuuden varmistamiseksi;
Topografian skannausjärjestely: Ennen ja jälkeen jokaisen kiristystoimenpiteen suorita kolmiulotteinen skannaus pultin pään laakeripinnalle ja aluslevyn pinnalle mikroni-tason ominaisuustietojen keräämiseksi.
Parametrien erottaminen ja analysointi: Poimi karheuteen{0}} liittyvät parametrit ja yhdistä ne kitkatietoihin analysoidaksesi vastaavaa suhdetta pinnan topografian muutosten ja kitkakäyttäytymisen välillä.
Alla olevasta kuvasta näkyy testipenkin rakenne ja mittauspisteiden paikat.
4. Topografian tulosten analyysi
Testitiedot paljastivat useita avainilmiöitä, jotka auttavat ymmärtämään syvällisesti vääntömomentin jakautumisen ja kitkakertoimen määrääviä perustekijöitä:
4.1 Kitkakertoimen dynaamiset muutokset
Kiristyksen aikana kitkakerroin ei ole vakio, vaan muuttuu jatkuvasti kosketustilan mukaan. Yleisesti ottaen laakerin pinnan kitkakerroin on noin 44 % suurempi kuin kierteen kitkakerroin, mikä osoittaa, että suurin osa vääntömomentista kuluu laakerin pinnalla eikä kierteen pinnalla.
4.2 Merkittävä vääntömomentin hajoavuus
Vaikka kiristysvoimatavoite olisi sama, ero vaaditussa vääntömomentissa voi olla lähes kaksinkertainen. Esimerkiksi jotkut pultit vaativat vääntömomentin 96,7 Nm, kun taas toiset tarvitsevat vain 54,5 Nm. Tämä vääntömomenttiarvojen hajaantuvuus johtuu suoraan kitkakertoimen epävakaudesta.
4.3 Pintatopografian merkittävä kehitys
Kolmiulotteiset skannaustulokset osoittavat, että laakerin pinnan karheusparametrit ovat muuttuneet merkittävästi:
Sq (neliön keskikarheus) pieneni noin 5,3 μm:stä 1,04 μm:iin, ja pinnasta tuli tasaisempi;
Ssk (skewness) kääntyi negatiiviseksi, mikä osoitti muutosta pintahuippujen ja laaksojen jakautumisessa, jolloin enemmän materiaalia keskittyi pinnan alhaisiin kohtiin (laaksoihin), ja kuopan piirteet tulivat selvemmiksi;
Sku:n (kurtoosi) arvo nousi, eli pinnan kantavuus parani.
Nämä muutokset osoittavat, että kiristysprosessin aikana pinta joutuu plastiseen muodonmuutokseen, todellinen kosketuspinta-ala kasvaa ja kitkakäyttäytyminen muuttuu vastaavasti. Alla olevassa kuvassa on kolmiulotteinen pultin pään laakeripinnan topografia ennen ja jälkeen kiristyksen: ennen kiristystä pinnassa on ilmeinen karkea piikki-laaksorakenne; kiristyksen jälkeen karkeat piikit leikkaavat, pinta on taipumus olla tasainen ja suuntaus on selvempi. Tämä osoittaa, että kitka ei vain kuluta energiaa, vaan myös muokkaa pinnan rakennetta mikrotasolla.
Alla olevasta kuvasta näkyy selvästi mikroskooppisen havainnoinnin avulla kitkajäljet ja plastiset muodonmuutosalueet laakerin pinnalla: paikoin on merkittäviä naarmuja ja naarmujen venymissuunta vastaa pultin pyörimissuuntaa, mikä osoittaa, että kitka on aiheuttanut materiaalin virtausta ja pintavaurioita.
Alla oleva kuva esittää laakerin pinnan kosketuksen epätasaiset ominaisuudet: todellinen kosketuspinta-ala on paljon pienempi kuin nimellispinta-ala ja kuorma keskittyy muutamalle mikroalueelle, mikä johtaa paikallisiin korkeisiin{0}}jännitystiloihin ja plastiseen muodonmuutokseen. Tämä epätasainen kosketus on avaintekijä, joka aiheuttaa vaihteluita kitkakertoimessa.
