鎖緊螺母擰出力矩受多方面因素的影響。對于鎖緊螺母低周疲勞性能的研究,螺紋中徑、螺旋升角和牙型斜角均保持不變,僅螺紋片彈性恢復力FNmax和當量摩擦在重復使用后會出現(xiàn)一定程度的改變。因此,僅需從這兩方面對鎖緊螺母承受循環(huán)載荷時擰出力矩的變化規(guī)律進行分析。
1、材料應變硬化
材料在循環(huán)加載時,會出現(xiàn)“循環(huán)應變硬化”或“循環(huán)應變軟化”現(xiàn)象,即在等幅循環(huán)應變情況下,應力幅會隨循環(huán)次數(shù)的增加而出現(xiàn)增加或降低的現(xiàn)象。經(jīng)過若干循環(huán)后,應力幅進入循環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)。鎖緊螺母的低周疲勞是在應變?yōu)槌?shù)的情況下進行的,螺紋片的應變硬化或軟化將會影響其擰出力矩的大小。用于制造鎖緊螺母的合金鋼屬于循環(huán)應變硬化材料,材料硬化會使螺紋片彈性恢復力FN增加,擰出力矩升高。
2、低周疲勞
低周疲勞是指疲勞應力接近或超過材料的屈服的限度,材料在每一個應變循環(huán)中均有一定量的塑性變形,壽命一般在102到幾乘104的范圍內(nèi),疲勞曲線一般用ε-N曲線表示。有限元計算結(jié)果顯示,在螺栓擰入鎖緊螺母后,螺紋片根部應力較大,表層部分區(qū)域處于屈服狀態(tài),而螺紋片根部中心區(qū)域應變很小,應變情況較為復雜。螺紋片根部應變較高的區(qū)域經(jīng)歷往復加載,容易出現(xiàn)低周疲勞,使螺紋片壓力降低,擰出力矩減小。
3、摩擦系數(shù)
摩擦角是影響擰出力矩的重要因素,摩擦力的存在是鎖緊螺母正常工作的基礎。鎖緊螺母工作時,接觸面在螺紋片彈性恢復力作用下存在壓力和摩擦力,在重復使用過程中,接觸面在循環(huán)往復的摩擦作用下,粗糙位置和棱角被磨平而變得光滑,摩擦系數(shù)變小,進而減小螺母的擰出力矩。
4、制造及裝配
由于制造技術限制和精度等原因,使得螺紋邊緣存在尖角或零件之間的尺寸配合不協(xié)調(diào),在初次裝配時,擰入擰出力矩可能會出現(xiàn)一定的起伏或波動,需要經(jīng)過一定次數(shù)的磨合才能得到較為準確的鎖緊螺母重復使用特性。
5、收口值
材料和螺母的幾何參數(shù)確定后,收口值的改變對鎖緊螺母的重復使用特性有重要影響。收口值變大,螺紋片張開時的變形增大,螺紋片應變增加,應變循環(huán)硬化現(xiàn)象加劇,且螺紋片壓力FN變大,具有使擰出力矩增加的趨勢;另一方面,螺紋片的寬度減少,螺紋片的總面積減小,與螺栓的摩擦力減小,螺紋片應變增加,低周疲勞性能降低,具有使擰出力矩降低的趨勢。在多種因素共同作用下,擰出力矩隨重復使用次數(shù)的變化很難預測,只能通過試驗對其進行觀測。
