转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)

为了高质量的完成装配过程,一方面需要高精度的拧紧工具,合理的装配工艺;另一方面还需要连接副稳定的扭矩系数,

然而,螺栓在紧固过程中所出现的各种问题,仍然影响着紧固的质量。

今天,螺丝君用扭矩法安装,研究拧紧转速对扭矩,扭矩系数的影响,加之转速导致的粘滑现象,并根据实验结果,控制拧紧速度的必要性。

1 理论分析

1.1 拧紧速度对扭矩的影响

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(1)

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(2)

Er:转动动量

J: 转动惯量

w:角速度

m:质量

r: 转轴半径

由能量公式可知:质量,转轴半径,转速,是转动动量的原因。

如果同一把电枪,转速增大,转动动量就会增大,停枪的时间就会增加,转过的角度就会增加,扭矩进而增大。

1.2 拧紧速度对扭矩系数的影响

螺栓与拧紧过程中,螺栓表面与对手件表面摩擦,导致接触表面的磨损,摩擦产生温度的升高,在拧紧速度低时,只是图层表面的磨损产生的压痕,这时接触表面的温度很低,不易生成氧化膜,摩擦系数较大;

在高速度拧紧时,接触表面会产生大量的热量,引发氧化膜的生成,导致摩擦系数较低。

关于转速导致摩擦系数的变化,张和平一文中也有介绍。

1.3 斜率(扭矩v转角)与扭矩系数

螺栓在拧紧过程,转角的大小一方面是由螺栓的伸长与对手件的压缩共同决定的,在一定的轴力下,扭矩大小是扭矩系数决定的,可知斜率与扭矩系数有一定关系:

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(3)

P:螺距

D:螺纹外径

Z:连接副刚度

K:扭矩系数

以上公式可知:扭矩系数越大,斜率越大,这为下文评估摩擦系数的大小,做理论基础。

2 实验测试

2.1 实验信息

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(4)

2.2 实验安装图及零件图

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(5)

图 1 实验安装图

设备为:MC950 瞬时记录分析仪

设备由:上海泛华紧固系统有限公司 提供

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(6)

图 2 实验样品

此实验中,电枪只做驱动设备,统计数据的是加载的160Nm扭矩传感设备。

2.3 实验要求

螺栓定扭,安装在50Nm和80Nm,

共分 7 组:

1-5 组,安装在80Nm;

6-7 组,安装在50Nm,

每组样品数量 5pcs,

转速设置:15rpm, 30rpm, 50rpm, 100rpm, 200rpm。

3 实验结果与分析

3.1 实验曲线图

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(7)

图 3

定扭80Nm,转速15rpm

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(8)

图 4

定扭80Nm,转速30rpm

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(9)

图 5

定扭80Nm,转速50rpm

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(10)

图 6

定扭80Nm,转速100rpm

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(11)

图 7

定扭80Nm,转速200rpm

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(12)

图 8

定扭50Nm,转速15rpm

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(13)

图 9

定扭50Nm,转速100rpm

3.2 实验数据

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(14)

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(15)

3.3 实验分析

将实验数据,做成直方图,如下:

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(16)

图 10

定扭80Nm,最终扭矩

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(17)

图 11

定扭80Nm,曲线斜率

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(18)

图 12

定扭50Nm,最终扭矩

转速百分比与扭矩百分比关系(转速对摩擦系数和扭矩的影响)(19)

图 13

定扭50Nm,曲线斜率

从以上结果分析,随着拧紧速度的增加,最终扭矩增加,斜率减小,

从公式 3,扭矩系数与曲线的斜率成正比关系,随着拧紧速度的增加,扭矩系数是减小的。

从图 4-图 7 看出,曲线有粘滑现象,转速在200rpm,五颗螺栓都发生了粘滑,表明:高转速、高扭矩,会加速粘滑的产生。

4 实验结论

结论如下:

01拧紧速度对拧紧结果有影响,随着拧紧速度的增加,扭矩整体增加。

02拧紧速度对扭矩系数有影响,随着拧紧速度的增加,扭矩系数整体减小。

03高转速,高扭矩会加速粘滑现象的产生。

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