摩擦係數測試儀對樣品有什麼要求（標準中摩擦係數檢測影響因素）

2023-08-07 17:11:39

緊固件連接的裝配質量，直接關係到產品的安全性和可靠性，而摩擦係數是影響緊固件裝配質量的重要因素之一。

螺紋聯接的可靠性，主要取決於螺栓的軸向預緊力，螺栓的軸向預緊力，通常只能通過控制擰緊扭矩或轉角來實現，而螺栓的軸向預緊力，不僅僅取決於擰緊扭矩或轉角，還受到聯接副摩擦性能的影響，而且螺紋副之間的摩擦係數，對裝配扭矩的大小起到關鍵的作用。摩擦係數的變化對預緊力的影響很大，它是影響扭矩和預緊力一致性的重要因素。在螺紋聯接中，摩擦可分為：端面摩擦和螺紋副摩擦兩部分，由於這兩部分的摩擦條件不同，因而存在端面摩擦係數μｂ和螺紋副摩擦係數μｔｈ。

摩擦係數，因材質、表面狀況及潤滑條件的不同而不同。影響緊固件摩擦係數的因素較多，那麼標準中提到不同的試驗條件、不同的試驗方法對試驗結果是否有影響呢?

以下試驗，以IS016047標準中要求的不同狀態進行對比測試。

01 試驗設備

ISO16047標準中要求試驗設備應滿足：能夠應用扭緊扭矩和用自動或手動旋轉螺帽和螺栓頭部，顯示精度值要求±2%，角度的測量精度要求必須達到顯示值的±2°或±2%。為了達到仲裁的目的，扭緊時使用能控制的動力工具並控制旋轉速度保持恆定。測量結果能以電子記錄方式記錄。

02 試驗原理

依據克萊曼和克林的緊固扭矩丁的公式，得出螺栓支持面摩擦係數ub和螺紋摩擦係數uth。

總摩擦係數utot近似公式：

螺紋摩擦係數uth及支撐面摩擦係數ub公式：

03 影響摩擦係數結果因素

1、試驗螺母

ISO16047標準中，檢測螺栓使用的標準螺母處要求和被測螺栓等級對應外，對標準試驗螺母的表面狀態有有兩種要求：

（1）未鍍層表面平整並脫脂處理。

（2）鍍鋅要求按照ISO4042並脫脂處理。

試驗方案：試驗採用M10×1.5×45-8.8級鍍鋅並塗封閉劑六角頭螺栓，平均鍍層厚度為9.3μm;試驗速度為30r/min，擰緊到30Nm，其它試驗狀態一致，試驗各做5組數據。

試驗採用相同等級螺母，第一組試驗螺母採用未鍍層表面平整並脫脂處理，螺母公差6H，試驗數據見表1。

第二組試驗螺母按照ISO4042鍍鋅並脫脂處理，鍍層厚度為8.6μm，螺母公差6H，試驗數據見表2。

從表1、表2的試驗數據可以看出，無論試驗過程中採用標準中要求的哪種狀態螺母，試驗得到的螺栓的螺紋部分摩擦係數均為0.13，兩個實驗結果中得到的總摩擦係數也相同，由此可見試驗過程中使用標準中要求的鐵基質的沒有進行潤滑封閉螺母對被測螺栓的摩擦係數幾乎沒有的影響。

2、試驗墊片

ISO16047標準中提供了兩種硬度的墊片：

一種是，熱處理到高硬度的試驗墊片(HH)，硬度範圍為50-60HRC;

另外一種是，低硬度墊片(HL)，硬度範圍為200~300HV。

摩擦係數檢測裝夾方式

鋼製高硬度墊片試驗後劃痕

鋁製低硬度墊片試驗後劃痕

試驗方案：試驗採用同一批M6×1×50-8.8級六角凸緣面螺栓，試驗墊片硬度分別為56.6HRC;53.5HRC;36.0HRC和鋁製墊片，試驗以30r/min擰緊到10.7Nm得到摩擦係數結果，每項試驗各做5件產品得到的數據。

從試驗數據可以看出，高硬度墊片(56.6HRC)和低硬度墊片(鋁製)頭部摩擦係數相差0.05，而在高硬度範圍(50~60HRC)內的試驗墊片，測得的螺栓頭部摩擦係數平均值為0.09(見表3、表4)，由此可見：隨著墊片的硬度減低(低於50HRC)，螺栓頭部轉動時，造成墊片和螺栓頭部接觸部分摩擦面損傷(鋁墊片比較明顯)，這樣頭部的摩擦係數就較大，從而，螺栓擰緊時頭部消耗的扭矩就會增大，轉化的預緊力降低。

如果緊固件頭部由於摩擦較大，轉動速度較快時，摩擦面產生的熱量沒有及時散發出去，就容易產生「粘著/跳動」現象。

3、試驗方法對摩擦係數的影響

目前除了IS016047標準規定的試驗方法外，各OEM均制定企業內部的摩擦係數檢測方法，如大眾集團按照VW01131標準，福特集團按WZ101，標緻雪鐵龍採用C10054標準規定，那麼不同的測試步驟對結果的影響怎麼樣?

以下試驗試驗採用不同的實驗步驟及不同的設定條件對同一批M10×1.5×45-8.8級鍍鋅六角頭螺栓進行試驗。

(1)、試驗方法及步驟

試驗先以60r/min擰緊到11Nm，停頓3s，然後以20r/min擰緊至45Nm，試驗曲線見圖5。試驗數據(5個數據平均值)。

(2)、以30r/min擰緊到夾緊力28.3kN時產品的摩擦係數。試驗數據(5個數據平均值)：

從上面對比數據中，可以看出：試驗過程中設定扭矩或設定預緊力值，測得的摩擦係數均在同一範圍內。

04 結 論

1、在ISO16047標準中，兩種狀態螺母(鍍鋅和沒有任何塗層)對試驗結果沒有影響，在實際的檢測試驗中可以使用任何一種狀態的螺母，但要保證試驗螺栓、螺母滿足公差要求。

2、在IS016047標準提到有高低兩種硬度墊片，從試驗結果看，在高硬度墊片(50-60HRC)的檢測中，試驗墊片的硬度對於試驗結果沒有太大的影響。一般來說，隨著墊片的硬度降低，所測的摩擦係數將增大，從而，影響總摩擦係數增大。考慮到緊固件連接狀態存在「軟硬連接」，因此，試驗墊片的選擇要按照標準或客戶要求進行，從而保證試驗結果對使用有意義。

3、第三組試驗中對比了兩種不同的試驗方法，設定扭矩值計算摩擦係數和設定夾緊力計算摩擦係數的到的試驗數據在考慮到試驗的影響因素及測量誤差因素，在同一範圍內。

4、摩擦係數測量的主要目的是為了保障每一批供貨的螺栓或螺母的摩擦條件穩定在工藝要求的範圍內。和實際裝配中的摩擦係數存在一定差異性

5、在摩擦係數的測量過程中還會遇到一些其它問題，應與客戶協商的試驗方法進行檢測。

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