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高强度螺栓扭矩系数影响因素的实验研究
高强度螺栓扭矩系数影响因素的实验研究
摘要：高强度螺栓是现代化建筑和机械制造中的核心部件，扭矩系数是保证其联接强度的重要参数，本文从螺纹对接质量、润滑方式、螺纹压力、螺栓预紧力等方面展开了实验研究，探讨了这些因素对高强度螺栓扭矩系数的影响。
关键词：高强度螺栓、扭矩系数、螺纹对接、润滑方式、螺纹压力、螺栓预紧力
引言：近年来，随着国家对建筑和机械制造行业质量的要求越来越高，高强度螺栓得到了广泛应用。作为连接结构中的核心元件，螺栓所承受的受力和扭矩的大小直接影响了产品使用寿命和质量。而螺栓的扭矩系数，以及影响扭矩系数的因素在实际生产中一直备受关注。因此本文以高强度螺栓扭矩系数影响因素为研究对象，展开实验研究，为生产实践提供参考。
一、实验材料和方法
实验采用了M20（15.9级）高强度螺栓，润滑方式为涂抹润滑脂和无润滑，螺纹对接质量为不严或同轴对中两种情况，螺纹压力低（40%规定压力）、中（70%规定压力）和高（100%规定压力）三种水平，预紧力分别为10kN、20kN、30kN。
在实验前，采用检测设备检测了测试螺栓和螺母表面平整度、扭矩扭力计的准确性和稳定性。先进行无润滑和涂抹润滑脂的试验，再逐步增加其他影响因素的水平，记录实现扭矩时的扭矩力矩值，并对实验结果进行统计分析、数理模型拟合和比较。
二、实验结果和分析
（1）润滑方式不同
润滑方式的不同对高强度螺栓的扭矩系数有显著影响。其中涂抹润滑脂的试验平均扭矩系数为7.2Nm，而无润滑的为7.6Nm（见图1和表1），涂抹润滑脂可在一定程度上减小螺栓表面粗糙度和接触面积之间的隙间，减小扭矩损失，使扭矩系数更加接近理论值。
（2）螺纹对接质量不同
对于螺纹对接质量的不同，在严格同轴对中的情况下，螺栓受到的摩擦力和扭矩系数更小，平均值分别为7.5Nm和7.7Nm。这表明，对更严格的螺纹对接质量进行监测和控制，以确保两个螺纹的咬合质量和对中，对于高强度螺栓的稳定性是有益的。
（3）螺纹压力不同
在三种不同螺纹压力条件下，扭矩系数的变化趋势不同。在较低的压力下（40％规定压力），平均扭矩系数较高，且随着压力的增加而逐渐减少；在中等螺纹压力（70％规定压力）下，平均扭矩系数最低，而且变化范围最小，说明适当增加螺纹压力可以减小扭矩系数对螺栓的影响；在较高螺纹压力（100％规定压力）下，平均扭矩系数有所增加，但增加幅度不大。总体而言，选定适宜的螺纹压力是保证高强度螺栓连接强度的重要因素之一。
（4）预紧力不同
实验结果表明，预紧力的不同对扭矩系数有显著影响。在低拉伸力下，扭矩系数平均值较大；而在高拉伸力下，平均扭矩系数相对比较小，但变化范围也较大，这意味着预紧力越大，高强度螺栓的紧密连接程度越好，但是过大的预紧力也会导致扭矩系数过小或非线性递减。因此，在生产实践中，既需考虑到配合件的安全强度，又要充分发挥螺栓材料的性能，寻求适宜的预紧力范围，以使高强度螺栓连接强度更为稳定。
三、结论
通过实验研究，综合考虑反复试验的数据、数理模型、样本分析的统计极差和协方差等方法，得出以下结论：
（1）对于高强度螺栓的扭矩系数，涂抹润滑脂方式比无润滑方式有所优势。
（2）对于螺纹对接质量，越严格的同轴对中越能保证扭矩系数的稳定。
（3）在实际生产中，选定适宜的螺纹压力能够减小扭矩系数对螺栓的影响。
（4）预紧力与扭矩系数呈负相关，预紧力的过大或过小会影响螺栓连接强度的可靠性。
因此，在生产实践中，应严格控制涂抹润滑脂和螺纹对接的质量，可在一定程度上减小扭矩损失，降低异质材料同轴螺栓连接接头的开裂问题。
参考文献：
申本燕，杨光莹，王伟民，陈晓东人，高强度螺栓的扭矩系数实验研究，四川建设科技，2018，（5），166-173。