锁紧螺母拧出力矩受多方面因素的影响。对于锁紧螺母低周疲劳性能的研究,螺纹中径、螺旋升角和牙型斜角均保持不变,仅螺纹片弹性恢复力FNmax和当量摩擦在重复使用后会出现一定程度的改变。因此,仅需从这两方面对锁紧螺母承受循环载荷时拧出力矩的变化规律进行分析。
1、材料应变硬化
材料在循环加载时,会出现“循环应变硬化”或“循环应变软化”现象,即在等幅循环应变情况下,应力幅会随循环次数的增加而出现增加或降低的现象。经过若干循环后,应力幅进入循环稳定状态。锁紧螺母的低周疲劳是在应变为常数的情况下进行的,螺纹片的应变硬化或软化将会影响其拧出力矩的大小。用于制造锁紧螺母的合金钢属于循环应变硬化材料,材料硬化会使螺纹片弹性恢复力FN增加,拧出力矩升高。
2、低周疲劳
低周疲劳是指疲劳应力接近或超过材料的屈服的限度,材料在每一个应变循环中均有一定量的塑性变形,寿命一般在102到几乘104的范围内,疲劳曲线一般用ε-N曲线表示。有限元计算结果显示,在螺栓拧入锁紧螺母后,螺纹片根部应力较大,表层部分区域处于屈服状态,而螺纹片根部中心区域应变很小,应变情况较为复杂。螺纹片根部应变较高的区域经历往复加载,容易出现低周疲劳,使螺纹片压力降低,拧出力矩减小。
3、摩擦系数
摩擦角是影响拧出力矩的重要因素,摩擦力的存在是锁紧螺母正常工作的基础。锁紧螺母工作时,接触面在螺纹片弹性恢复力作用下存在压力和摩擦力,在重复使用过程中,接触面在循环往复的摩擦作用下,粗糙位置和棱角被磨平而变得光滑,摩擦系数变小,进而减小螺母的拧出力矩。
4、制造及装配
由于制造技术限制和精度等原因,使得螺纹边缘存在尖角或零件之间的尺寸配合不协调,在初次装配时,拧入拧出力矩可能会出现一定的起伏或波动,需要经过一定次数的磨合才能得到较为准确的锁紧螺母重复使用特性。
5、收口值
材料和螺母的几何参数确定后,收口值的改变对锁紧螺母的重复使用特性有重要影响。收口值变大,螺纹片张开时的变形增大,螺纹片应变增加,应变循环硬化现象加剧,且螺纹片压力FN变大,具有使拧出力矩增加的趋势;另一方面,螺纹片的宽度减少,螺纹片的总面积减小,与螺栓的摩擦力减小,螺纹片应变增加,低周疲劳性能降低,具有使拧出力矩降低的趋势。在多种因素共同作用下,拧出力矩随重复使用次数的变化很难预测,只能通过试验对其进行观测。
