Kao ključni pokazatelj za kontroliranjevijaksila stezanja, stvarnost je da se većina zateznog momenta gubi trenjem, a samo se mali dio zapravo pretvara u silu stezanja. Dakle, koji čimbenici u konačnici određuju raspodjelu momenta vijka i veličinu koeficijenta trenja? Danas će urednik iz Jiangsu Jinrui podijeliti empirijsku studiju temeljenu na mikrotopografskoj analizi, koja otkriva ključne čimbenike koji utječu na raspodjelu momenta vijaka i koeficijent trenja, pružajući snažnu osnovu za postizanje visoko-pouzdanog pričvršćivanja.
1. Koeficijent trenja i raspodjela momenta
Prilikom zatezanja vijka, ulazni moment ne koristi se u potpunosti za istezanje vijka i stvaranje sile stezanja. Zapravo, okretni moment se raspoređuje na tri puta potrošnje:
Trenje navoja: Trenje se javlja u kontaktnom području navoja između vijka i matice, trošeći veliku količinu okretnog momenta;
Trenje površine ležaja: Trenje također postoji između glave vijka i podloške ili površine spojene komponente, a moment koji se troši u ovom dijelu čini veći udio;
Učinak prednjeg kuta navoja (tj. efektivna komponenta prednaprezanja): Samo se ovaj dio zakretnog momenta istinski koristi za rastezanje vijka i tako formira silu stezanja.
Studije su pokazale da se približno 85% do 90% momenta koristi za svladavanje trenja, a samo oko 10% se pretvara u vlačnu silu vijka.
To znači da kada se koeficijent trenja promijeni, učinkovitost pretvorbe zakretnog momenta će se promijeniti u skladu s tim, što će rezultirati mogućom više nego dvostrukom razlikom u sili stezanja koja se stvara pod istim zakretnim momentom. Stoga je nepouzdano blokirati silu stezanja samo zakretnim momentom.
2. Dizajn sheme
Kako bi se dublje istražili ključni čimbenici koji određuju raspodjelu momenta vijka i koeficijent trenja, Laboratorij za tribologiju École Centrale de Lyon u Francuskoj dizajnirao je sustavnu eksperimentalnu shemu. Temeljni cilj ove sheme je kombinirati mehaničko ispitivanje s analizom mikrotopografije površine kako bi se uspostavio uzročno-posljedični odnos između ponašanja trenja i mikrostrukture.
Eksperiment je proveden u skladu sa standardom ISO 16047 za ispitivanje momenta-stezne sile. Vijci koji su korišteni bili su specifikacije M10×60, izrađeni od čelika 30MnB4, koji su bili s hladnom-glavom,-valjani s navojem, a zatim elektrogalvanizirani. Specifične vrijednosti ukupnog zakretnog momenta su detaljno snimljene, dok su zakretni moment navoja i zakretni moment površine ležaja razdvojeni kako bi se točno izračunao koeficijent trenja i analizirao zakon raspodjele zakretnog momenta. Tro{11}}tehnologija skeniranja trodimenzionalne topografije korištena je za izdvajanje parametara-povezanih s hrapavošću, a promjene parametara prije i nakon zatezanja uspoređene su kako bi se istražila intrinzična korelacija između ponašanja trenja i mikrotopografije. Ovaj dizajn ne uzima u obzir samo mehaničku izvedbu, već zadire i na mikrorazinu, otkrivajući temeljne razloge za promjene u raspodjeli momenta vijka i koeficijentu trenja.
3. Metoda provjere testa
Na temelju gornje sheme izgrađen je ispitni uređaj u skladu sa standardom ISO 16047, koji može precizno mjeriti moment i silu stezanja. Proces testiranja uključuje sljedeće poveznice:
Učvršćivanje i opterećenje vijka: postavite vijak na standardiziranu ispitnu klupu, primijenite postavljeni zakretni moment i-zabilježite vrijednosti ukupnog zakretnog momenta, zakretnog momenta navoja, zakretnog momenta površine ležaja i sile stezanja;
Mjerenje odvajanja trenja: Odvojite trenje niti od trenja površine ležaja kroz posebnu strukturu uređaja i senzora kako biste osigurali točnost izračuna koeficijenta trenja;
Raspored topografskog skeniranja: Prije i nakon svake operacije zatezanja, izvedite tro-dimenzionalno skeniranje na površini ležaja glave vijka i površini podloške kako biste uhvatili podatke o svojstvima na razini mikrona-;
Ekstrakcija i analiza parametara: izdvojite parametre-povezane s hrapavošću i kombinirajte ih s podacima o trenju da biste analizirali odgovarajući odnos između promjena topografije površine i ponašanja trenja.
Donja slika prikazuje strukturu ispitnog stola i specifične položaje mjernih točaka.
4. Analiza rezultata topografije
Podaci o ispitivanju otkrili su nekoliko ključnih fenomena koji pomažu dubljem razumijevanju temeljnih čimbenika koji određuju raspodjelu momenta i koeficijent trenja:
4.1 Dinamičke promjene koeficijenta trenja
Tijekom procesa zatezanja, koeficijent trenja nije konstantan, već se kontinuirano mijenja sa stanjem kontakta. Općenito, koeficijent trenja površine ležaja je oko 44% veći od koeficijenta trenja navoja, što ukazuje da se većina zakretnog momenta troši na površini ležaja, a ne na površini navoja.
4.2 Značajna disperzibilnost zakretnog momenta
Čak i kada je postavljena ista ciljana sila stezanja, razlika u potrebnom momentu može biti gotovo dvostruka. Na primjer, neki vijci zahtijevaju zakretni moment od 96,7 Nm, dok drugi trebaju samo 54,5 Nm. Ova disperzibilnost vrijednosti momenta izravno je uzrokovana nestabilnošću koeficijenta trenja.
4.3 Značajna evolucija topografije površine
Rezultati-trodimenzionalnog skeniranja pokazuju da su parametri hrapavosti površine ležaja pretrpjeli značajne promjene:
Sq (srednja kvadratna hrapavost) smanjila se s približno 5,3 μm na 1,04 μm, a površina je postala glatkija;
Ssk (zakrivljenost) je postao negativan, ukazujući na promjenu u distribuciji vrhova i udolina na površini, s više materijala koncentriranog u nižim točkama (udolinama) površine, a obilježja udubljenja postala su očitija;
Vrijednost Sku (kurtosis) je povećana, što znači da je povećana nosivost površine.
Ove promjene pokazuju da se tijekom procesa stezanja površina podvrgava plastičnoj deformaciji, stvarna kontaktna površina se povećava, a ponašanje trenja se mijenja u skladu s tim. Donja slika prikazuje tro{1}}dimenzionalnu topografiju nosive površine glave vijka prije i nakon zatezanja: prije zatezanja, površina predstavlja očiglednu grubu vršnu-strukturu doline; nakon zatezanja, grubi vrhovi su posmaknuti, površina ima tendenciju da bude ravna, a usmjerenost je očiglednija. To pokazuje da trenje ne samo da troši energiju, već i preoblikuje površinsku strukturu na mikrorazini.
Donja slika jasno označava tragove trenja i područja plastične deformacije na površini ležaja putem mikroskopskog promatranja: postoje značajne ogrebotine na nekim područjima, a smjer širenja ogrebotina je u skladu sa smjerom rotacije vijka, što ukazuje da je trenje uzrokovalo protok materijala i oštećenje površine.
Slika u nastavku prikazuje nejednake karakteristike kontakta površine ležaja: stvarna kontaktna površina mnogo je manja od nominalne površine, a opterećenje je koncentrirano u nekoliko mikropodručja, što dovodi do lokalnih stanja visokog-naprezanja i plastične deformacije. Ovaj neravnomjerni kontakt ključni je faktor koji uzrokuje fluktuacije koeficijenta trenja.
