表面処理は締付特性に影響しますか?ボルト?はい。ボルトのトルク係数のばらつき誤差を軽減し、耐食性を向上させるために、締結具には通常表面処理が施されます。ただし、表面処理の違いはねじ締結部品の摩擦係数に大きな影響を与え、最終的にはボルトの締め付け特性に影響を与えます。ファスナーに関する関連知識を組み合わせて、表面処理がボルトの締め付け特性に及ぼす影響を以下に分析します。
I. 摩擦係数がボルトのトルク係数に及ぼす影響の理論的分析
1. ボルト締結部の締付トルク
1.1 三角ボルトのヘリカルペアの摩擦
移動対における摩擦は、接触面の形状により平面摩擦、傾斜面摩擦、溝摩擦に分けられます。可動ペアの摩擦力の計算を簡略化するには、可動ペアの 2 つの運動ペア要素の幾何学的形状に関係なく、幾何学的形状の異なる 2 つの要素の接触を単一の平面に沿って接触する可動ペアとみなして (図 1 を参照)、その摩擦力の計算式は式 (1) のように一律に表すことができます。
溝の摩擦: 三角形のねじ山回転ペアは、ねじ上のナットの動きを、傾斜した溝面上のくさび形のスライダーの動き、つまり溝の摩擦と傾斜面の摩擦の組み合わせとして近似できます。{0}このとき、溝の角度は 90 度 - に等しくなります (図 2 を参照)。
1.2 ボルトの締付トルク
ボルトの締め付けプロセス中に必要な合計トルクは、2 つの部分で構成されます。1 つはねじペアの摩擦に打ち勝つための締め付けトルク、もう 1 つはボルトの頭またはナットと支持面の間の摩擦トルクです。
2. ボルト締結のトルク係数
ボルトの総トルクは、ボルト支持面の摩擦消費量、ねじ山摩擦消費量、および予圧消費量の 3 つの部分に分割されます (図 3 を参照)。
表1から、締付け過程において、ボルト支持面の摩擦によるエネルギー消費が約50％、ネジ部の摩擦消費が約40％、予圧仕事の消費が約10％であることがわかります。同じ締め付けトルクで摩擦係数が0.05変化すると、予圧の変動幅は43.1%にも及びます。つまり、ボルトの表面処理にわずかな違いがある場合、摩擦係数が 0.05 増加すると仮定すると、軸方向予圧は元の 57% にすぎず、ボルト接続の信頼性に重大な潜在的な安全上の危険をもたらすことになります。したがって、糸ペアの摩擦係数の研究には十分な注意を払う必要があります。
II.表面処理がトルク係数に与える影響の解析
多機能ボルト締結解析システムを通じて、ボルト締結プロセス中のクランプ力、合計トルク、およびねじペアのトルクを測定できます。これにより、クランプ力とトルクの関係が正確かつリアルタイムで反映され、同時にボルトの摩擦係数も測定できます。ボルトネジボルト頭支持面。データ分析によると、亜鉛メッキ層の厚さはボルト頭部の摩擦係数にはほとんど影響を与えませんが、ねじ山の摩擦係数には大きな影響を及ぼし、最終的にはトルク係数にも大きな影響を及ぼします。
Ⅲ．表面処理がボルトの許容強度に与える影響
ねじ付きファスナーは、締め付け中に複合的なねじり引張応力を受けます。{0}第 3 の強度理論によれば、ねじ締め具の許容等価応力は式 (9) で求められます。
ねじ付きファスナーを締め付けるとき、総トルクはボルト支持面の摩擦消費量、ねじ山摩擦消費量、および予圧消費量の 3 つの部分に分割されます。このうち、ボルト支持面の摩擦消費量とねじ摩擦消費量はねじ締結具のロッド部にねじりせん断応力を負担させ、予圧消費量はねじ締結具のロッド部に実際の引張応力を発生させます。ボルトが耐えられる等価引張応力は固定されており、ボルトの降伏応力を超えてはなりません。したがって、ロッド部分が負担するねじりせん断応力が軽減されます。ネジ付きファスナー実予圧により発生する引張応力を増加させることができます。つまり、ボルト支持面の摩擦消費量とネジ部の摩擦消費量を低減することで、トルクを可能な限り予圧に変換します。
摩擦係数の解析によると、摩擦係数が小さいボルトは、小さなトルクで大きな軸方向予圧が得られることがわかり、エネルギー消費の節約やボルトの使用効率の向上に大きな意味を持ちます。
IV.ボルトの締め付け特性に影響を与える要因
(1) 解析の結果、摩擦係数は締付け時のボルト支持面の摩擦消費量、ねじ部の摩擦消費量、予圧仕事量のエネルギー分布に大きな影響を与えることが分かりました。摩擦係数がわずかに変化すると、予圧が大きく変動します。
(2)さまざまな表面処理とねじ締め具の摩擦係数およびトルク予圧との関係に関する実験的解析を通じて、亜鉛めっき層の厚さとさまざまなクロメート処理が摩擦係数とトルク係数に及ぼす影響則が得られます。コーティングの厚さが厚いほど、摩擦係数は高くなります。 C2Cクロメートで処理されたボルトの摩擦係数は、C2Dクロメートで処理されたボルトの摩擦係数よりもはるかに大きくなります。
(3) C2D クロメート処理を施したボルトを使用すると、C2C クロメート処理を施したボルトに比べて、ボルト支持面やねじ部のトルクによる摩擦消費が低減され、より大きな軸方向予圧が得られるため、ボルトの省エネルギー化と使用効率の向上に大きな意味を持ちます。
