Kas lemia varžto sukimo momento pasiskirstymą ir trinties koeficientą?

Kaip pagrindinis indikatorius, skirtas varžto suspaudimo jėgai valdyti, realybė tokia, kad didžioji dalis priveržimo momento prarandama dėl trinties, o tik nedidelė dalis iš tikrųjų paverčiama suspaudimo jėga. Taigi, kokie veiksniai galiausiai lemia varžto sukimo momento pasiskirstymą ir trinties koeficiento dydį? Šiandien redaktorius iš Jiangsu Jinrui pasidalins empiriniu tyrimu, pagrįstu mikrotopografijos analize, kuris atskleidžia pagrindinius veiksnius, turinčius įtakos varžtų sukimo momento pasiskirstymui ir trinties koeficientui, o tai yra tvirtas pagrindas pasiekti aukštą{1}}tvirtinimo patikimumą.

1. Trinties koeficientas ir sukimo momento pasiskirstymas

Priveržiant varžtą, įvesties sukimo momentas nėra visiškai naudojamas varžtui ištempti ir suspaudimo jėgai sukurti. Tiesą sakant, sukimo momentas paskirstomas trimis vartojimo būdais:

Sriegio trintis: trintis atsiranda sriegio sąlyčio srityje tarp varžto ir veržlės, todėl sunaudojamas didelis sukimo momentas;

Guolio paviršiaus trintis: Trintis taip pat yra tarp varžto galvutės ir poveržlės arba prijungto komponento paviršiaus, o šioje dalyje sunaudojamas sukimo momentas sudaro didesnę dalį;

Sriegio švino kampo efektas (ty efektyvus išankstinės apkrovos komponentas): tik ši sukimo momento dalis iš tikrųjų naudojama varžtui ištempti ir taip formuoti suspaudimo jėgą.

Tyrimai parodė, kad maždaug 85–90 % sukimo momento naudojama trinčiai įveikti, ir tik apie 10 % paverčiama varžto tempimo jėga.

Tai reiškia, kad pasikeitus trinties koeficientui, atitinkamai pasikeis ir sukimo momento konversijos efektyvumas, todėl suspaudimo jėga, sukuriama tuo pačiu sukimo momentu, gali skirtis daugiau nei dvigubai. Todėl nėra patikima užfiksuoti suspaudimo jėgą vien tik sukimo momentu.

2. Schemos projektavimas

Norėdami giliai ištirti pagrindinius veiksnius, lemiančius varžtų sukimo momento pasiskirstymą ir trinties koeficientą, École Centrale de Lyon tribologijos laboratorija Prancūzijoje sukūrė sistemingą eksperimentinę schemą. Pagrindinis šios schemos tikslas yra sujungti mechaninius bandymus su paviršiaus mikrotopografijos analize, siekiant nustatyti priežastinį ryšį tarp trinties elgesio ir mikrostruktūros.

Eksperimentas buvo atliktas pagal ISO 16047 standartą, skirtą sukimo momento{1}}užspaudimo jėgos bandymui. Naudoti varžtai buvo M10×60 specifikacijos, pagaminti iš 30MnB4 plieno, kurie buvo šaltai -galvoti, valcuoti sriegiu- ir po to galvanizuoti. Konkrečios bendro sukimo momento vertės buvo įrašytos išsamiai, o sriegio sukimo momentas ir guolio paviršiaus sukimo momentas buvo atskirti, kad būtų galima tiksliai apskaičiuoti trinties koeficientą ir išanalizuoti sukimo momento pasiskirstymo dėsnį. Trimačio topografinio nuskaitymo technologija buvo naudojama su šiurkštumu susijusiems parametrams išgauti, o parametrų pokyčiai prieš ir po priveržimo buvo lyginami, siekiant ištirti vidinę trinties elgsenos ir mikrotopografijos koreliaciją. Šioje konstrukcijoje atsižvelgiama ne tik į mechanines charakteristikas, bet ir į mikrolygmenį, atskleidžiant pagrindines varžtų sukimo momento pasiskirstymo ir trinties koeficiento pokyčių priežastis.

3. Bandymo patikrinimo metodas

Remiantis aukščiau pateikta schema, buvo sukurtas ISO 16047 standartą atitinkantis bandymo įrenginys, galintis tiksliai išmatuoti sukimo momentą ir suspaudimo jėgą. Bandymo procesas apima šias nuorodas:

Varžtų tvirtinimas ir apkrova: sumontuokite varžtą ant standartizuoto bandymo stendo, pritaikykite nustatytą sukimo momentą ir realiuoju laiku-įrašykite bendro sukimo momento, sriegio sukimo momento, guolio paviršiaus sukimo momento ir suspaudimo jėgos vertes;

Trinties atskyrimo matavimas: Atskirkite sriegio trintį nuo guolio paviršiaus trinties per specialią įrenginio struktūrą ir jutiklius, kad būtų užtikrintas trinties koeficiento skaičiavimo tikslumas;

Topografijos nuskaitymo išdėstymas: prieš ir po kiekvienos priveržimo operacijos atlikite trimatį varžto galvutės atraminio paviršiaus ir poveržlės paviršiaus nuskaitymą, kad užfiksuotumėte mikronų{1}}lygio ypatybių informaciją;

Parametrų išskyrimas ir analizė: ištraukite su šiurkštumu{0}}susijusius parametrus ir sujunkite juos su trinties duomenimis, kad analizuotumėte atitinkamą ryšį tarp paviršiaus topografijos pokyčių ir trinties elgsenos.

Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta bandymų stendo struktūra ir konkrečios matavimo taškų padėties.

4. Topografijos rezultatų analizė

Bandymo duomenys atskleidė keletą pagrindinių reiškinių, padedančių giliai suprasti pagrindinius veiksnius, lemiančius sukimo momento pasiskirstymą ir trinties koeficientą:

4.1 Dinaminiai trinties koeficiento pokyčiai

Priveržimo proceso metu trinties koeficientas nėra pastovus, bet nuolat kinta priklausomai nuo kontakto būsenos. Paprastai guolio paviršiaus trinties koeficientas yra maždaug 44% didesnis nei sriegio trinties koeficientas, o tai rodo, kad didžioji sukimo momento dalis sunaudojama guolio paviršiuje, o ne sriegio paviršiuje.

4.2 Reikšmingas sukimo momento sklaida

Net ir nustačius tą patį suspaudimo jėgos tikslą, reikiamo sukimo momento skirtumas gali būti beveik dvigubas. Pavyzdžiui, kai kuriems varžtams reikia 96,7 Nm sukimo momento, o kitiems – tik 54,5 Nm. Tokį sukimo momento verčių dispersiškumą tiesiogiai lemia trinties koeficiento nestabilumas.

4.3 Reikšminga paviršiaus topografijos raida

Trijų{0}}matmenų nuskaitymo rezultatai rodo, kad guolio paviršiaus šiurkštumo parametrai smarkiai pasikeitė:

Sq (vidutinis kvadratinis šiurkštumas) sumažėjo nuo maždaug 5,3 μm iki 1,04 μm, o paviršius tapo lygesnis;

Ssk (skewness) pasidarė neigiamas, rodantis paviršiaus smailių ir slėnių pasiskirstymo pasikeitimą, daugiau medžiagos susikaupus žemiausiose paviršiaus vietose (slėniuose), o duobės ypatybės išryškėjo;

Sku (kurtozė) vertė padidėjo, o tai reiškia, kad padidėjo paviršiaus laikomoji galia.

Šie pokyčiai rodo, kad tempimo proceso metu paviršius plastiškai deformuojasi, padidėja tikrasis kontaktinis plotas ir atitinkamai keičiasi trinties elgsena. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta trimatė varžto galvutės atraminio paviršiaus topografija prieš ir po priveržimo: prieš priveržiant paviršius turi akivaizdžią grubią smailės{2}}slėnio struktūrą; po priveržimo šiurkščios smailės nukirptos, paviršius linkęs būti lygus, o kryptingumas akivaizdesnis. Tai rodo, kad trintis ne tik eikvoja energiją, bet ir keičia paviršiaus struktūrą mikro lygiu.

Žemiau esančiame paveikslėlyje mikroskopiniu stebėjimu aiškiai pažymėtos trinties žymės ir plastinių deformacijų sritys ant guolio paviršiaus: kai kuriose vietose yra didelių įbrėžimų, o įbrėžimų išsiplėtimo kryptis atitinka varžto sukimosi kryptį, o tai rodo, kad trintis sukėlė medžiagos srautą ir paviršiaus pažeidimus.

Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduotos netolygios guolio paviršiaus sąlyčio charakteristikos: tikrasis kontaktinis plotas yra daug mažesnis už vardinį plotą, o apkrova sutelkta keliose mikro srityse, todėl susidaro vietinės didelės{0}}įtempimo būsenos ir plastinė deformacija. Šis netolygus kontaktas yra pagrindinis veiksnys, sukeliantis trinties koeficiento svyravimus.