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
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:
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
2.2 实验安装图及零件图
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
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
图 3
定扭80Nm,转速15rpm
图 4
定扭80Nm,转速30rpm
图 5
定扭80Nm,转速50rpm
图 6
定扭80Nm,转速100rpm
图 7
定扭80Nm,转速200rpm
图 8
定扭50Nm,转速15rpm
图 9
定扭50Nm,转速100rpm
3.2 实验数据
3.3 实验分析
将实验数据,做成直方图,如下:
图 10
定扭80Nm,最终扭矩
图 11
定扭80Nm,曲线斜率
图 12
定扭50Nm,最终扭矩
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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