Einfluss der Oberflächenbehandlung auf den Schraubenanzug

Theoretische Analyse des Einflusses des Reibungskoeffizienten auf den Energieverbrauch

Analyse des Einflusses des Reibungskoeffizienten auf den Energieverbrauch beim Anziehen von Schrauben, einschließlich Energieverlust durch Schraubenkopfreibung, Gewindereibung und Vorspannarbeit. Es wurde eine experimentelle Analyse zum Zusammenhang zwischen verschiedenen Oberflächenbehandlungen, den Reibungskoeffizienten von Gewindebefestigungen und der Beziehung zwischen Drehmoment und Vorspannung durchgeführt.

Die Ergebnisse zeigten, wie sich die Dicke der Verzinkung und verschiedene Chromatbehandlungen auf die Reibungskoeffizienten und Drehmomentkoeffizienten auswirken. Es wurde beobachtet, dass die Reduzierung des Reibungskoeffizienten die Axialspannung deutlich erhöht, was für die Verbesserung der Bolzeneffizienz von entscheidender Bedeutung ist.

Zahlen:

- Abbildung 1: Kraftanalyse der Ebenen- und Rillenoberflächenreibung

- Abbildung 2: Kraftanalyse einer Dreiecksverschraubung

1. Theoretische Analyse des Einflusses des Reibungskoeffizienten auf den Drehmomentkoeffizienten

Drehmomentberechnung beim Anziehen von Schraubenverbindungen:

Die Reibung in Dreiecksgewindeverschraubungen kann je nach Kontaktflächenform in Ebenenreibung, Schrägebenenreibung und Rillenflächenreibung unterteilt werden. Der Einfachheit halber wird die Reibung so berechnet, als ob alle Kontakte entlang einer einzigen Ebene stattfinden würden (Abbildung 1). Die einheitliche Formel lautet wie folgt:

Wobei die Drehmomentkoeffizienten sind:

2. Experimentelle Analyse des Einflusses der Oberflächenbehandlung auf den Drehmomentkoeffizienten

Mit einem multifunktionalen Schraubenanalysesystem der deutschen Firma Schatz wird der Zusammenhang zwischen Spannkraft und Drehmoment in Echtzeit gemessen. Dieses System berechnet auch Reibungskoeffizienten für Schraubenkopf und Gewinde. Es wurden experimentelle Studien an Schrauben mit üblicher Verzinkungsdicke und Chromatbehandlung durchgeführt.

Experimentelle Parameter:

Geprüfte Schrauben: , Festigkeitsklasse 10.9, Oberflächenbehandlungen:

Durchschnittswerte aus 20 Datensätzen pro Behandlung sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Ergebnisse und Analyse:

1. Verzinkungsdicke und Chromatbehandlung:

- Bei mit behandelten Schrauben führte eine Erhöhung der Zinkdicke von 5 μm auf 12 μm zu keiner signifikanten Änderung des Reibungskoeffizienten des Schraubenkopfes, erhöhte jedoch den Reibungskoeffizienten des Gewindes um 12,4 % und den Drehmomentkoeffizienten um 4,75 %.

- Bei ähnlicher Zinkdicke erhöhte sich der Gewindereibungskoeffizient um 20,34 % und der Drehmomentkoeffizient um 5,23 %.

2. Vergleich der Chromatbehandlungen:

- Schrauben mit Behandlung hatten im Vergleich zu deutlich höhere Reibungskoeffizienten. Eine Verringerung der Schraubenkopfreibung (40 %) und der Gewindereibung (50 %) führte zu einer Verringerung des Drehmomentkoeffizienten um 40 %.

Abbildung 3: Reibungskoeffizienten von Schrauben mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen.

3. Einfluss der Oberflächenbehandlung auf die zulässige Schraubenfestigkeit

Beim Anziehen unterliegen Schraubverbindungen einer kombinierten Torsions- und Zugbeanspruchung. Basierend auf der dritten Festigkeitstheorie wird die zulässige äquivalente Spannung wie folgt berechnet:

Durch die Verringerung der Torsionsscherspannung durch Reibungsverluste wird mehr Drehmoment in Vorspannung umgewandelt, wodurch die axiale Spannung erhöht wird. Die Analyse zeigt:

- Durch die Senkung der Reibungskoeffizienten erhöht sich das Verhältnis von Drehmomentumwandlung zu Vorspannung um 43 %.

- Bei Schrauben mit und stieg die maximale Axialspannung bei einem Anzugsdrehmoment von 200 N·m um 4 %.

- Im Vergleich zu erhöhte die Reduzierung des Reibungskoeffizienten um 45 % die maximale Axialkraft um 38,9 %.

4. Fazit

1. Einfluss des Reibungskoeffizienten:

Kleine Änderungen der Reibungskoeffizienten beeinflussen die Energieverteilung beim Anziehen und die Vorspannkraft erheblich.

2. Analyse der Oberflächenbehandlung:

Dickere Zinkschichten erhöhen den Reibungskoeffizienten. Die Chromatbehandlung zeigte eine geringere Reibung im Vergleich zu.

3. Effizienzverbesserungen:

Durch die Behandlung erreichten die Schrauben eine höhere axiale Vorspannung bei weniger Energie und optimierten so die Effizienz.

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