Utječe li površinska obrada na karakteristike zatezanjavijci? Da. Kako bi se smanjila pogreška disperzije koeficijenta zakretnog momenta vijka i poboljšala otpornost na koroziju, pričvršćivači se obično podvrgavaju površinskoj obradi. Međutim, različiti površinski tretmani imaju značajan utjecaj na koeficijent trenja navojnih spojnih elemenata, što u konačnici utječe na karakteristike zatezanja vijaka. Kombinirajući relevantna znanja o pričvrsnim elementima, u nastavku se analizira utjecaj površinske obrade na karakteristike zatezanja vijaka.
I. Teorijska analiza utjecaja koeficijenta trenja na koeficijent zakretnog momenta vijka
1. Moment pritezanja vijčanog spoja
1.1 Trenje u spiralnim parovima trokutastih vijaka
Trenje u pokretnim parovima može se podijeliti na ravninsko trenje, koso ravninsko trenje i utorno trenje prema obliku dodirne površine. Kako bi se pojednostavio izračun sile trenja u pokretnim parovima, bez obzira na geometrijski oblik dvaju kinematičkih elemenata para pokretnog para, kontakt dviju komponenti s različitim geometrijskim oblicima može se smatrati pokretnim parom u kontaktu duž jedne ravnine (kao što je prikazano na slici 1), a formula za izračun njegove sile trenja može se uniformno izraziti kao formula (1):
Trenje utora: par rotirajućih trokutastih navoja može aproksimirati kretanje matice na vijku kao kretanje klizača u-obliku klina na nagnutoj površini utora, odnosno kombinaciju trenja utora i trenja u nagnutoj ravnini. U ovom trenutku, kut utora je jednak 90 stupnjeva - (kao što je prikazano na slici 2).
1.2 Moment pritezanja vijaka
Ukupni zakretni moment potreban tijekom procesa zatezanja vijka sastoji se od dva dijela: zakretnog momenta zatezanja da bi se prevladalo trenje para navoja i momenta trenja između glave ili matice vijka i potporne površine.
2. Koeficijent zakretnog momenta vijčanog spoja
Ukupni moment vijka podijeljen je u tri dijela, naime, potrošnja trenja na potpornoj površini vijka, potrošnja trenja navoja i potrošnja predopterećenja (kao što je prikazano na slici 3).
Iz tablice 1. može se vidjeti da tijekom procesa zatezanja energija potrošena trenjem na potpornoj površini vijka iznosi oko 50%, potrošnja trenjem navoja iznosi oko 40%, a potrošnja rada predopterećenja iznosi oko 10%. Pod istim momentom zatezanja, kada se koeficijent trenja promijeni za 0,05, raspon varijacije predopterećenja je čak 43,1%. To jest, ako postoje male razlike u površinskoj obradi vijaka, pod pretpostavkom da se koeficijent trenja poveća za 0,05, aksijalno prednaprezanje je samo 57% od izvornog, što će donijeti velike potencijalne sigurnosne opasnosti za pouzdanost spojeva vijaka. Stoga se istraživanju koeficijenta trenja navojnih parova mora posvetiti puna pozornost.
II. Analiza utjecaja površinske obrade na koeficijent zakretnog momenta
Putem više-funkcionalnog sustava za analizu pričvršćivanja vijaka, može se izmjeriti sila stezanja, ukupni zakretni moment i zakretni moment na paru navoja tijekom procesa zatezanja vijaka, što može točno iu stvarnom vremenu odražavati odnos između sile stezanja i zakretnog momenta, te u isto vrijeme mjeriti koeficijent trenjanavoj vijkai potpornu površinu glave vijka. Analiza podataka pokazuje da debljina pocinčanog sloja ima mali utjecaj na koeficijent trenja glave vijka, ali ima značajan utjecaj na koeficijent trenja navoja, što u konačnici također ima značajan utjecaj na koeficijent momenta.
III. Utjecaj površinske obrade na dopuštenu čvrstoću vijaka
Spojni elementi s navojem izloženi su kombiniranom torzijskom-naprezanju zatezanja. Prema trećoj teoriji čvrstoće, dopušteno ekvivalentno naprezanje navojnih spojnica može se dobiti formulom (9):
Kada su spojni elementi s navojem zategnuti, ukupni moment se dijeli na tri dijela: potrošnja trenja na potpornoj površini vijka, potrošnja trenja navoja i potrošnja predopterećenja. Među njima, potrošnja trenja na potpornoj površini vijka i potrošnja trenja navoja učinit će štapni dio spojnog elementa s navojem podnijeti torzijsko posmično naprezanje, a potrošnja predopterećenja će učiniti da dio šipke spojnog elementa s navojem generira stvarno vlačno naprezanje. Ekvivalentno vlačno naprezanje koje vijak može podnijeti je fiksno i ne smije premašiti granicu tečenja vijka. Stoga, smanjenje torzijskog posmičnog naprezanja koje nosi štapni dionavojni zatvaračmože povećati vlačno naprezanje generirano stvarnim predopterećenjem, odnosno smanjenjem potrošnje trenja na potpornoj površini vijka i potrošnje trenja navoja, moment se pretvara u predopterećenje što je više moguće.
Analiza koeficijenta trenja pokazuje da vijci s malim koeficijentom trenja mogu postići veće aksijalno predopterećenje primjenom malog zakretnog momenta, što je od velikog značaja za uštedu potrošnje energije i poboljšanje radne učinkovitosti vijaka.
IV. Čimbenici koji utječu na karakteristike zatezanja vijaka
(1) Analiza pokazuje da koeficijent trenja ima značajan utjecaj na raspodjelu energije u potrošnji trenja potporne površine vijka, potrošnji trenja navoja i potrošnji rada predopterećenja tijekom procesa zatezanja. Mala promjena koeficijenta trenja uzrokovat će veliku fluktuaciju predopterećenja.
(2) Eksperimentalnom analizom odnosa između različitih površinskih obrada i koeficijenta trenja navojnih spojnica, kao i zakretnog momenta-predopterećenja, dobivena su pravila utjecaja debljine pocinčanog sloja i različitih obrada kromatom na koeficijent trenja i koeficijent momenta: što je veća debljina premaza, to je veći koeficijent trenja; koeficijent trenja vijaka tretiranih C2C kromatom mnogo je veći nego kod vijaka tretiranih C2D kromatom.
(3) U usporedbi s vijcima tretiranim C2C kromatom, korištenje vijaka tretiranih C2D kromatom može smanjiti potrošnju trenja okretnog momenta na potpornoj površini vijka i navoju i dobiti veće aksijalno predopterećenje, što je od velike važnosti za uštedu potrošnje energije i poboljšanje učinkovitosti rada vijaka.
