Com a indicador bàsic per al controlcargolforça de tancament, la realitat és que la major part del parell de subjecció es perd per fricció, i només una petita part es converteix en força de subjecció. Aleshores, quins factors determinen finalment la distribució del parell del cargol i la magnitud del coeficient de fricció? Avui, l'editor de Jiangsu Jinrui compartirà un estudi empíric basat en l'anàlisi de microtopografia, que revela els factors clau que influeixen en la distribució del parell del cargol i el coeficient de fricció, proporcionant una base sòlida per aconseguir una fixació d'alta-fiabilitat.
1. Coeficient de fricció i distribució del parell
Quan s'estreny un cargol, el parell d'entrada no s'utilitza completament per estirar el cargol i generar força de subjecció. De fet, el parell es distribueix entre tres vies de consum:
Fricció del fil: la fricció es produeix a la zona de contacte del fil entre el cargol i la femella, consumint una gran quantitat de parell;
Fricció de la superfície del coixinet: la fricció també existeix entre el cap del cargol i la rentadora o la superfície del component connectat, i el parell consumit en aquesta part representa una proporció més gran;
Efecte d'angle d'entrada de la rosca (és a dir, component de precàrrega efectiu): només aquesta part del parell s'utilitza realment per estirar el cargol i així formar força de subjecció.
Els estudis han demostrat que aproximadament entre el 85% i el 90% del parell s'utilitza per superar la fricció i només un 10% es converteix en força de tracció del cargol.
Això significa que un cop canvia el coeficient de fricció, l'eficiència de conversió de parell canviarà en conseqüència, donant lloc a una possible diferència de més del doble en la força de subjecció generada amb el mateix parell. Per tant, no és fiable bloquejar la força de tancament únicament per parell.
2. Disseny d'esquemes
Per explorar en profunditat els factors bàsics que determinen la distribució del parell del cargol i el coeficient de fricció, el Laboratori de Tribologia de l'École Centrale de Lyon a França va dissenyar un esquema experimental sistemàtic. L'objectiu principal d'aquest esquema és combinar proves mecàniques amb anàlisi de microtopografia superficial per establir una relació causal entre el comportament de la fricció i la microestructura.
L'experiment es va dur a terme d'acord amb l'estàndard ISO 16047 per a les proves de força de tancament de parell-. Els cargols utilitzats eren de l'especificació M10×60, fets d'acer 30MnB4, amb cap-en fred, roscat-i després electrogalvanitzats. Els valors específics del parell total es van registrar amb detall, mentre que el parell del fil i el parell de la superfície del coixinet es van separar per calcular amb precisió el coeficient de fricció i analitzar la llei de distribució del parell. Es va utilitzar la tecnologia d'escaneig de topografia tridimensional-per extreure paràmetres-relacionats amb la rugositat i es van comparar els canvis de paràmetres abans i després de l'estrenyiment per explorar la correlació intrínseca entre el comportament de la fricció i la microtopografia. Aquest disseny no només considera el rendiment mecànic, sinó que també s'endinsa en el nivell micro, revelant les raons fonamentals dels canvis en la distribució del parell del cargol i el coeficient de fricció.
3. Mètode de verificació de la prova
A partir de l'esquema anterior, es va construir un dispositiu de prova conforme a la norma ISO 16047, que pot mesurar amb precisió el parell i la força de tancament. El procés de prova inclou els enllaços següents:
Fixació i càrrega de cargols: instal·leu el cargol en un banc de proves estandarditzat, apliqueu un parell de torsió establert i enregistreu-en temps real els valors del parell total, el parell de la rosca, el parell de la superfície del coixinet i la força de subjecció;
Mesura de la separació de la fricció: separeu la fricció del fil de la fricció de la superfície del coixinet mitjançant l'estructura especial del dispositiu i els sensors per garantir la precisió del càlcul del coeficient de fricció;
Disposició d'escaneig de la topografia: abans i després de cada operació d'estrenyiment, realitzeu un escaneig tridimensional de la superfície de suport del cap del cargol i de la superfície de la rentadora per capturar informació de les característiques de nivell de micres-;
Extracció i anàlisi de paràmetres: extreu els paràmetres relacionats amb la rugositat-i combineu-los amb dades de fricció per analitzar la relació corresponent entre els canvis de topografia superficial i el comportament de la fricció.
La figura següent mostra l'estructura del banc de proves i les posicions específiques dels punts de mesura.
4. Anàlisi dels resultats de la Topografia
Les dades de la prova van revelar diversos fenòmens clau que ajuden a entendre profundament els factors fonamentals que determinen la distribució del parell i el coeficient de fricció:
4.1 Canvis dinàmics del coeficient de fricció
Durant el procés de tensió, el coeficient de fricció no és constant sinó que canvia contínuament amb l'estat de contacte. En general, el coeficient de fricció de la superfície del coixinet és aproximadament un 44% més gran que el coeficient de fricció del fil, cosa que indica que la major part del parell es consumeix a la superfície del coixinet en lloc de la superfície del fil.
4.2 Dispersibilitat important del parell
Fins i tot quan s'estableix el mateix objectiu de força de subjecció, la diferència en el parell requerit pot ser gairebé el doble. Per exemple, alguns cargols requereixen un parell de 96,7 Nm, mentre que d'altres només necessiten 54,5 Nm. Aquesta dispersibilitat dels valors de parell és directament causada per la inestabilitat del coeficient de fricció.
4.3 Evolució significativa de la topografia superficial
Els resultats de l'escaneig en tres-dimensionals mostren que els paràmetres de rugositat de la superfície de suport han sofert canvis significatius:
Sq (rugositat quadrada mitjana de l'arrel) va disminuir d'aproximadament 5,3 μm a 1,04 μm, i la superfície es va tornar més llisa;
Ssk (asiglament) es va tornar negatiu, indicant un canvi en la distribució de cims i valls superficials, amb més material concentrat als punts baixos (valls) de la superfície, i les característiques de la fossa es van fer més evidents;
El valor de Sku (kurtosi) va augmentar, el que significa que es va millorar la capacitat de suport de la superfície.
Aquests canvis indiquen que durant el procés d'estrenyiment, la superfície experimenta una deformació plàstica, l'àrea de contacte real augmenta i el comportament de la fricció canvia en conseqüència. La figura següent mostra la topografia tridimensional de la superfície de suport del cap del cargol abans i després d'estrenyir-la: abans d'estrenyir-la, la superfície presenta una estructura de vall-de pic rugosa evident; després d'apretar, els pics aspres es tallen, la superfície tendeix a ser plana i la direccionalitat és més evident. Això demostra que la fricció no només consumeix energia sinó que també remodela l'estructura superficial a nivell micro.
La figura següent marca clarament les marques de fricció i les àrees de deformació plàstica a la superfície de suport mitjançant l'observació microscòpica: hi ha esgarrapades significatives en algunes zones i la direcció d'extensió de les ratllades és coherent amb la direcció de rotació del cargol, cosa que indica que la fricció ha causat el flux de material i danys a la superfície.
La figura següent presenta les característiques desiguals del contacte de la superfície del coixinet: l'àrea de contacte real és molt més petita que l'àrea nominal i la càrrega es concentra en unes poques microàrees, la qual cosa condueix a estats locals d'alt -tensió i deformació plàstica. Aquest contacte desigual és el factor clau que provoca fluctuacions en el coeficient de fricció.
