Шта одређује расподелу обртног момента и коефицијент трења?
Dec 17, 2025
Као основни индикатор за контролу силе стезања завртња, реалност је да се већина момента затезања губи трењем, при чему се само мали део заправо претвара у силу стезања. Дакле, који фактори на крају одређују расподелу момента вијка и величину коефицијента трења? Данас ће уредник из Јиангсу Јинруи поделити емпиријску студију засновану на анализи микротопографије, која открива кључне факторе који утичу на расподелу обртног момента завртња и коефицијент трења, пружајући снажну основу за постизање високе{1}}поузданости причвршћивања.
1. Коефицијент трења и расподела обртног момента
Приликом затезања завртња, улазни обртни момент се не користи у потпуности за истезање завртња и стварање силе стезања. У ствари, обртни момент је распоређен на три пута потрошње:
Трење навоја: Трење се јавља у подручју контакта навоја између завртња и матице, трошећи велику количину обртног момента;
Трење површине лежаја: Трење такође постоји између главе завртња и подлошке или површине спојене компоненте, а обртни момент који се троши у овом делу има већи удео;
Ефекат предњег угла навоја (тј. ефективна компонента преднапрезања): Само овај део обртног момента се заиста користи за истезање завртња и на тај начин формира силу стезања.
Студије су показале да се отприлике 85% до 90% обртног момента користи за превазилажење трења, а само око 10% се претвара у затезну силу вијка.
То значи да када се коефицијент трења промени, ефикасност конверзије обртног момента ће се променити у складу са тим, што ће резултирати могућом разликом више него двоструком у сили стезања која се ствара под истим обртним моментом. Због тога је непоуздано закључавање силе стезања искључиво обртним моментом.
2. Дизајн шеме
Да би се дубоко истражили кључни фактори који одређују расподелу обртног момента вијака и коефицијент трења, Триболошка лабораторија Ецоле Централе де Лион у Француској дизајнирала је систематску експерименталну шему. Основни циљ ове шеме је комбиновање механичког испитивања са анализом микротопографије површине како би се успоставила узрочна веза између понашања трења и микроструктуре.
Експеримент је спроведен у складу са стандардом ИСО 16047 за испитивање силе{1}}затезања обртног момента. Коришћени завртњи били су спецификације М10×60, направљени од челика 30МнБ4, који су били хладно-навучени, навојем-ваљани, а затим електрогалванизовани. Специфичне вредности укупног обртног момента су детаљно забележене, док су обртни момент навоја и обртни момент површине лежаја одвојени да би се тачно израчунао коефицијент трења и анализирао закон расподеле обртног момента. Технологија тродимензионалног скенирања топографије коришћена је за издвајање параметара везаних за храпавост{12}}, а промене параметара пре и после затезања су упоређене да би се истражила суштинска корелација између понашања трења и микротопографије. Овај дизајн не само да узима у обзир механичке перформансе, већ и задире у микро ниво, откривајући основне разлоге за промене у дистрибуцији момента вијка и коефицијенту трења.
3. Метода верификације теста
На основу горње шеме направљен је тест уређај у складу са стандардом ИСО 16047, који може прецизно мерити обртни момент и силу стезања. Процес тестирања укључује следеће линкове:
Учвршћивање и оптерећење завртња: Инсталирајте вијак на стандардизовани испитни сто, примените подешени обртни момент и у реалном-времену забележите вредности укупног обртног момента, обртног момента навоја, обртног момента површине лежаја и силе стезања;
Мерење одвајања трења: Одвојите трење навоја од трења површине лежаја кроз специјалну структуру уређаја и сензора како бисте осигурали тачност израчунавања коефицијента трења;
Распоред скенирања топографије: Пре и после сваке операције затезања, извршите тродимензионално скенирање на површини лежаја главе завртња и површине подлошке да бисте ухватили информације о карактеристикама на нивоу микрона{1}};
Екстракција и анализа параметара: Издвојите параметре који се односе на храпавост{0}}и комбинујте их са подацима о трењу да бисте анализирали одговарајући однос између промена топографије површине и понашања трења.
Слика испод приказује структуру испитног стола и специфичне позиције мерних тачака.
4. Анализа резултата топографије
Подаци теста открили су неколико кључних феномена који помажу да се дубоко разумеју фундаментални фактори који одређују расподелу обртног момента и коефицијент трења:
4.1 Динамичке промене коефицијента трења
Током процеса затезања, коефицијент трења није константан већ се континуирано мења са контактним стањем. Генерално, коефицијент трења површине лежаја је око 44% већи од коефицијента трења навоја, што указује да се највећи део обртног момента троши на површину лежаја, а не на површину навоја.
4.2 Значајна дисперзибилност обртног момента
Чак и када је постављен исти циљ силе стезања, разлика у потребном обртном моменту може бити скоро дупла. На пример, неким завртњима је потребан обртни момент од 96,7 Нм, док је другима потребно само 54,5 Нм. Ова дисперзибилност вредности обртног момента је директно узрокована нестабилношћу коефицијента трења.
4.3 Значајна еволуција топографије површине
Резултати тродимензионалног скенирања{0}} показују да су параметри храпавости површине лежаја претрпели значајне промене:
Ск (средња квадратна храпавост) смањила се са приближно 5,3 μм на 1,04 μм, а површина је постала глаткија;
Сск (искривљеност) је постала негативна, што указује на промену у дистрибуцији површинских врхова и долина, са више материјала концентрисаног у ниским тачкама (долинама) површине, а карактеристике јаме су постале очигледније;
Повећана је вредност Ску (куртосис), што значи да је повећана носивост површине.
Ове промене указују на то да током процеса затезања површина пролази кроз пластичну деформацију, стварна контактна површина се повећава, а понашање трења се у складу с тим мења. Слика испод приказује тродимензионалну топографију површине лежаја главе завртња пре и после затезања: пре затезања, површина представља очигледну храпаву структуру врха{2}}долине; након затезања, груби врхови се скидају, површина тежи да буде равна, а усмереност је очигледнија. Ово показује да трење не само да троши енергију већ и преобликује површинску структуру на микро нивоу.
Слика испод јасно означава трагове трења и пластичне деформације на површини лежаја кроз микроскопско посматрање: у неким областима постоје значајне огреботине, а правац проширења огреботина је у складу са смером ротације завртња, што указује да је трење изазвало проток материјала и оштећење површине.
На слици испод приказане су неравномерне карактеристике контакта површине лежаја: стварна контактна површина је много мања од номиналне површине, а оптерећење је концентрисано у неколико микро области, што доводи до локалних високих{0}}напона и пластичне деформације. Овај неуједначен контакт је кључни фактор који узрокује флуктуације коефицијента трења.
