1、經(jīng)典好文扭矩系數(shù)和摩擦系數(shù)有何關(guān)系？一文讀懂高強度緊固件安裝！扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)都是緊固件連接副安裝中的兩個重要參數(shù)，兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別，他們是從不同的側(cè)面反映高強度緊固件安裝中的扭矩數(shù)值。扭矩法易于理解，便于操作，在彈性范圍內(nèi)，扭矩值與預緊力呈線性關(guān)系，確定扭矩系數(shù)后即可以計算出連接副具體的安裝扭矩；而從摩擦系數(shù)中，可以具體反映出支承面摩擦及螺紋摩擦的數(shù)值及它們互相之間的關(guān)系、扭矩的具體分配數(shù)值。緊固件通過扭矩法安裝，直觀、簡便、易于操作；通過摩擦系數(shù)來確定安裝扭矩，數(shù)值精確，安裝的可靠性比較強。一、扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)之間的關(guān)系及計算公式：1. 螺栓副的扭矩系數(shù)：扭矩法易于理解，在彈性范圍

2、內(nèi)，扭矩值與預緊力一般呈線性關(guān)系，扭矩值隨著預緊力的增加而加大；因此扭矩法，可以在測量扭矩系數(shù)后，具體的數(shù)值可以根據(jù)螺栓的規(guī)格，查找GB/T3098.1相應的標準，可以得出具體的扭矩數(shù)值，操作簡便。具體參見下面的公式：T=KFDT-扭矩（N.M）K-扭矩系數(shù)F-預緊力（也稱軸力KN）D-螺紋的公稱直徑（mm）扭矩系數(shù)是緊固件連接副安裝時，必須要了解掌握的一個重要技術(shù)參數(shù)，目前安裝扭矩、扭矩系數(shù)已經(jīng)受到廣大使用者的廣泛理解、接受，并且在安裝時普遍受關(guān)注。扭矩及扭矩系數(shù)是既有聯(lián)系又有區(qū)別的兩個參數(shù)。當扭矩數(shù)值選定后，扭矩系數(shù)越小，產(chǎn)生的緊固力越大；扭矩系數(shù)越大，產(chǎn)生的緊固力越小。當扭矩系數(shù)小到一定

3、的程度，在一定的扭矩的作用下緊固力超過了螺栓的強度極限，高強度螺栓就會產(chǎn)生伸長甚至斷頭的現(xiàn)象；反之，扭矩系數(shù)過大，產(chǎn)生的緊固力就會過小，整個螺栓連接副就達不到鎖緊的功能，連接副就有可能產(chǎn)生松動情況。因此，要使緊固力在一個標準的范圍內(nèi)，產(chǎn)品的扭矩系數(shù)就要限定在一個規(guī)定的范圍內(nèi)。目前國家緊固件標準GB/T 1231-2000對鋼結(jié)構(gòu)用高強度螺栓連接副的標準作了規(guī)定，扭矩系數(shù)K=0.11-0.15，標準偏差0.010。使用單位一般比較重視扭矩系數(shù)，認為扭矩系數(shù)確定后，馬上可以確定安裝扭矩，進而可以實施緊固件連接副的安裝；但是對標準偏差則容易忽視。如果標準偏差0.010，在安裝時，就會產(chǎn)生個別螺栓的預

4、緊力偏離比的現(xiàn)象：標準偏差值偏大或者偏小，都會造成個別緊固件連接副過擰或者擰不緊的現(xiàn)象，對安裝可靠性存在隱患。如果扭矩系數(shù)偏大，標準偏差在0.010的范圍內(nèi)，連接副離散度非常小，每一副緊固件的受力比較均勻；扭矩系數(shù)偏大，會在安裝時增加一些扭矩數(shù)值，但是不會產(chǎn)生過擰或者松動的現(xiàn)象，安裝的可靠性、安全性增加。因此，從某種角度來講，標準偏差比扭矩系數(shù)更加重要。2. 螺栓副的摩擦系數(shù)：在螺栓安裝時，摩擦總系數(shù)，包含螺紋扭轉(zhuǎn)摩擦與端面摩擦現(xiàn)象，可以通過摩擦系數(shù)試驗機來進行各項摩擦系數(shù)的測定，因此，可以將安裝扭矩分為三個部分：螺母與墊圈平面之間的支承面摩擦（也稱為端面摩擦），占安裝扭矩的50%左右；螺栓螺

5、紋與螺母螺紋間的摩擦，稱為螺紋摩擦，占安裝扭矩的40%左右；真正轉(zhuǎn)化為緊固軸力的稱為預緊力，只占安裝扭矩的10%左右；由此可見，在緊固件連接副安裝時，大部分的安裝扭矩都在前兩個摩擦中損耗。（GB/T16823.3緊固件 扭矩夾緊力試驗）。上海的幾家高強度緊固件公司做了大量的摩擦系數(shù)相關(guān)實驗，與理論敘述的概念一致，大部分的安裝扭矩都在前兩個摩擦中損耗，但是實際數(shù)值略有不同；三部分的扭矩數(shù)值的分配為：螺紋間的摩擦損耗安裝扭矩30%40%；支承面之間摩擦損耗安裝扭矩40%50%；真正轉(zhuǎn)化為夾緊力的扭矩一般在10%20%左右；而且粗牙螺紋與細牙螺紋也存在一定差別。下面的圖表一是一家外資檢測公司經(jīng)過一系

6、列摩擦系數(shù)的實驗得到的實驗數(shù)據(jù)，可以反映了螺紋摩擦扭矩、支承面摩擦扭矩與夾緊力間的相互關(guān)系。從上面的圖表中可以看出：（1）摩擦系數(shù)對夾緊力影響很大，摩擦系數(shù)越小，對夾緊力數(shù)值的貢獻越大；反之，摩擦系數(shù)越大，對夾緊力數(shù)值的貢獻越小。（2）在正常提供合格的摩擦系數(shù)要求范圍內(nèi)，預緊力占總扭矩的10%是理論闡述分析的數(shù)值，不是實際的安裝扭矩的預緊力分配的數(shù)值；如果高強度緊固件表面狀況改善，摩擦系數(shù)系數(shù)會下降，夾緊力的數(shù)值也會相應地提高，能夠有效地增加預緊力扭矩的數(shù)值，安裝連接的緊固度也可以增加。（3）在一般正常的情況下，端面摩擦大于螺紋摩擦。3.摩擦系數(shù)的計算公式：（1）總摩擦系數(shù)與支承面摩擦系數(shù)、螺

7、紋摩擦系數(shù)有數(shù)學公式關(guān)系，可以進行具體的計算：摩擦系數(shù)的計算公式：螺紋摩擦系數(shù)： 支承面摩擦系數(shù)：總摩擦系數(shù)僅用于比較各種不同摩擦條件下的螺栓連接副摩擦系數(shù)的狀況，總摩擦系數(shù)的簡化公式是由假定螺紋摩擦系數(shù)與支承面摩擦系數(shù)相同為前提條件所確定的。國家標準GB/T16823.3 -1997螺紋緊固件擰緊試驗方法，國際標準ISO160472 0 0 5緊固扭矩 軸向預緊力試驗有些區(qū)別；G B/ T16 8 2 3 . 3國家標準與日本標準JIS1083-1990螺紋緊固件通則等效，ISO160472005敘述更加深入詳細，標準里面的字母代表各不相同；（2）扭矩系數(shù)與支承面摩擦系數(shù)、螺紋摩擦系數(shù)的關(guān)系

8、不能用確切的數(shù)學公式來表示，但是他們之間的關(guān)系可以采用表格的形式來反映，表明了一定的對應關(guān)系（見下面表二）：在表中陰影區(qū)域是我們在安裝中經(jīng)常碰到和研究的區(qū)域。這個區(qū)域范圍一般的緊固件產(chǎn)品表面潤滑后是可以達到的。在一般狀況下，制造廠家與使用單位對安裝扭矩及幾個系數(shù)的測量均可以達到這個區(qū)域范圍，其他區(qū)域是在各種表面狀況、在安裝過程中，潤滑不到位所呈現(xiàn)的幾個系數(shù)相互間的關(guān)系。扭矩系數(shù)偏大，在安裝時施加扭矩要大幅度地增加。扭矩過大，超過屈服點，會造成超擰，拉長，甚至斷裂的情況；當安裝扭矩確定后，如果扭矩系數(shù)偏大，分配到緊固軸力數(shù)值會偏小。鋼結(jié)構(gòu)安裝時規(guī)定的扭矩系數(shù)為0.110.15，目前一般制造廠在潤

9、滑狀態(tài)下均能控制在這個區(qū)域，關(guān)鍵是如何控制好離散度，使標準偏差在0.01以下，偏差數(shù)值越小，說明緊固件的一致性越好，對安裝可靠性、安全性也越有保障。（3）安裝扭矩與支承面摩擦系數(shù)、螺紋摩擦系數(shù)的計算：通過摩擦試驗機，可以測量出的摩擦系數(shù)的數(shù)值，這樣能夠了解緊固件在部件安裝時每個摩擦系數(shù)的狀況及各系數(shù)之間的關(guān)系；同時通過下列公式，計算出摩擦系數(shù)對安裝扭矩的影響，擴大了安裝扭矩的計算途徑，打破了許多公司認為只有通過扭矩系數(shù)K才能計算安裝扭矩的觀念，詳見表三：在克服螺紋摩擦、連接副擰緊的過程中，除了要克服螺紋之間的摩擦阻力外，還要克服螺紋升角（）帶來的上升阻力。螺紋升角粗牙與細牙產(chǎn)生的阻力是不同的，

10、粗牙的升角=2度50分，細牙的升角=2度10分，粗牙螺紋的上升阻力相對比細牙螺紋要大，因此螺紋之間的摩擦系數(shù)，又稱為螺紋副摩擦系數(shù)，它包括螺紋之間的摩擦力和克服螺紋升角阻力二個方面的因素，見表三。二、表面狀況對扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)的影響：1、產(chǎn)品表面狀況對扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)的影響：表面狀況對扭矩系數(shù)K的數(shù)值影響很大，它直接關(guān)系到安裝扭矩及緊固軸力數(shù)值。高強度緊固件連接副不同的表面狀況，對扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)產(chǎn)生很大的影響。在一般情況下，產(chǎn)品表面粗糙、加工痕跡明顯對高強度緊固件連接副扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)數(shù)值會增加，進行潤滑后，扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)可大幅度地下降，這對緊固件安裝的可靠性、扭矩系數(shù)與摩擦系數(shù)

11、一致性影響很大。潤滑后扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)下降幅度一般在20%50%左右，有些比較好的潤滑方式，扭矩系數(shù)K可以下降80%甚至100%以上，我們對高強度緊固件連接副各種表面狀態(tài)進行了一系列的試驗，得出各種表面狀況對扭矩系數(shù)K的影響狀況，具體見表四。2、潤滑對扭矩系數(shù)的影響：潤滑劑能有效地降低摩擦系數(shù)、扭矩系數(shù)，其積極作用顯而易見，但是不同類型的潤滑劑產(chǎn)生的作用區(qū)別很大：（1）不同潤滑劑對扭矩系數(shù)的影響：我們公司M30的螺栓連接副，經(jīng)過Delta-Mks表面處理，鹽霧試驗達到720小時，表面處理后，我們測得扭矩系數(shù)在0.200.24范圍內(nèi)。但是，用潤滑劑后，扭矩系數(shù)直線下降；而且不同類型的潤滑劑，扭

12、矩系數(shù)下降的幅度不同。我們采用兩種不同的潤滑劑進行螺紋表面潤滑：一種是Molykote 1000的油脂性潤滑劑；另外一種潤滑劑是上海達克羅公司25%的白色油性潤滑劑，分別用了五套連接副做試驗，情況見表五。Molykote 1000是二硫化鉬油脂型的潤滑劑，潤滑效果好，能有效降低扭矩系數(shù)，而25%白色潤滑劑是油型潤滑劑，雖然也能降低扭矩系數(shù)，但效果不及二硫化鉬油脂型的潤滑劑。由此可見，潤滑劑型號的不同對扭矩系數(shù)的影響很大。（2）相同潤滑種類，不同工藝對扭矩系數(shù)的影響：以表面磷化為例，同樣的表面磷化處理，不同參數(shù)對扭矩系數(shù)影響大，表面磷化處理能在產(chǎn)品表面產(chǎn)生細小致密的微孔，由于微孔直徑細小均勻，有

13、吸附及存儲液體的作用，能有效防止粘連、咬合的作用；而且，由于磷化表面層均勻性、一致性良好，它對扭矩系數(shù)的均勻性也同樣起到良好的作用，因此是汽車行業(yè)常用的表面處理方式。但同樣的磷化處理，除了牌號不同外，不同的工藝方法對扭矩系數(shù)也會帶來一定的影響。磷化表面層對汽車緊固件扭矩系數(shù)的影響，經(jīng)過反復的試驗與論證，可以得到以下結(jié)論：1)在未經(jīng)任何封閉的條件下，磷化溫度高，其摩擦系數(shù)低。2)磷化工藝及磷化種類對封閉后的摩擦系數(shù)影響不大，影響摩擦系數(shù)的關(guān)鍵因素是封閉劑。3)磷化封閉后，烘干溫度高，其摩擦系數(shù)略有提高，尤其是螺紋部分的摩擦系數(shù)提高較多。封閉處理時，應該充分考慮緊固件摩擦系數(shù)的要求范圍，摩擦系數(shù)甚

14、至可以通過封閉劑種類及黏度來較為準確地調(diào)控摩擦系數(shù)。（3）同一種潤滑劑，不同涂裝部位對安裝扭矩的影響：如今潤滑越來越被人們重視。不僅潤滑劑的種類不同、潤滑工藝的不同會給安裝扭矩產(chǎn)生不同的影響，就是同一種潤滑劑，由于涂裝部位不同，扭矩系數(shù)也會帶來很大的變化。潤滑方位越是全面，扭矩系數(shù)會越小。我們公司對M36大六角螺栓，用同樣Mol ykote1000的潤滑劑，由于涂裝部位不同，產(chǎn)生的K系數(shù)值也不同：一組是在螺栓與螺母上涂潤滑劑，8套螺栓連接副的扭矩系數(shù)平均值0.126，標準偏差0.0058，具體見表六。另一組，除了在螺栓與螺母螺紋上涂了潤滑劑，還在墊圈的平面上也涂了潤滑劑，由于潤滑狀況良好，扭矩

15、系數(shù)明顯下降。經(jīng)過測試，扭矩系數(shù)平均值在0.111，標準偏差在0.0083，具體見表七。在表七中出現(xiàn)一套螺栓連接副的扭矩系數(shù)為0.129的情況，經(jīng)我們測試后，在試樣的檢查中發(fā)現(xiàn)螺栓的螺紋輕度碰傷，如果這一數(shù)值正常，那么扭矩系數(shù)在0.12以下。從上面兩組數(shù)據(jù)可以看出在墊圈的平面上涂了潤滑劑后，由于潤滑狀況良好，扭矩系數(shù)明顯下降，下降的幅度為15%左右。這也符合扭矩系數(shù)分配關(guān)系，平面摩擦系數(shù)占扭矩系數(shù)50%左右。因此，在墊圈的平面上加潤滑劑，對扭矩系數(shù)的下降非常有效，可降低安裝時的扭矩，起到事半功倍的效果。上海某高強度緊固件有限公司，經(jīng)過多次試驗及測量，在墊圈平面加Molykote后，扭矩系數(shù)直線

16、下降。一般螺紋涂潤滑劑扭矩系數(shù)在0.1200.125之間，而增涂墊圈面后扭矩系數(shù)在0.0900.010之間，下降25%左右，個別批次的扭矩系數(shù)最低可達到0.087，因而全面潤滑對扭矩系數(shù)下降作用很大，值得安裝使用單位深思，這一數(shù)值也符合扭矩系數(shù)的分配規(guī)律。（4）螺母的潤滑狀態(tài)比螺栓更重要：經(jīng)過多次實驗，我們可得出實踐結(jié)果：螺母均勻地潤滑對扭矩系數(shù)的下降起很大的作用，比螺栓的潤滑更為重要。例如，對M20*100的大六角螺栓連接副的扭矩系數(shù)幾次測定數(shù)值狀況：在M20*100的大六角螺栓連接副的扭矩系數(shù)測定中，我們在墊圈平面螺栓螺紋處均勻地涂上Molykote1000的二硫化鉬潤滑脂，螺母內(nèi)圈比較難

17、涂，只能象征性地蜻蜓點水抹了一些，結(jié)果測出扭矩系數(shù)偏大，為0.137，具體見表八。用戶接到報告后，認為扭矩系數(shù)偏大，不符合他們企業(yè)的標準扭矩系數(shù)0. 13。（湖南湘電客戶）為了達到客戶規(guī)范的要求，我們又重新拿了八組螺栓連接副，對螺栓、螺母、墊片、重新認真涂抹，尤其是螺母內(nèi)螺紋做到每牙都均勻地抹上Molykote1000潤滑脂，緊固件研究所測定，扭矩系數(shù)大幅度下降，達到0.119，符合客戶企業(yè)標準，具體見表九。根據(jù)上面兩組數(shù)據(jù)，我們對比分析出：同一批產(chǎn)品，同一種潤滑劑，后面一組產(chǎn)品與前面不同的是在螺母螺紋孔全面涂裝，扭矩系數(shù)明顯下降，降幅比較大。說明螺母潤滑對扭矩系數(shù)下降起了很大作用。我們經(jīng)過多

18、次反復實驗，證實了螺母的潤滑比螺栓的潤滑更為重要。三、摩擦系數(shù)對螺栓副安裝產(chǎn)生的影響：實例說明福建某風場螺栓安裝跟轉(zhuǎn)實例分析：在福建莆田沿海某風場，在風機緊固件連接副安裝時，有四個緊固件制造公司進行供貨：兩家公司安裝情況正常；但是另外兩家公司（其中一家是穩(wěn)砜公司）的緊固件連接副，在安裝時，出現(xiàn)20%25%左右的螺母在旋合時發(fā)生跟轉(zhuǎn)即螺母在扳擰時，六角螺母與在六角螺栓頭部同一方向旋轉(zhuǎn)，形成打滑、擰不緊的現(xiàn)象，如圖一B，給現(xiàn)場施工帶來不便，影響正常安裝。跟轉(zhuǎn)產(chǎn)生原因與制造和安裝兩個方面都有密切的關(guān)聯(lián)。1、跟轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原因：（1）摩擦力的分配關(guān)系：國家標準GB/T 16923.31997螺紋緊固件擰緊

19、試驗方法明確敘述：安裝扭矩分為三個部分：螺栓與螺母間的扭轉(zhuǎn)摩擦，螺紋間產(chǎn)生的摩擦力矩要占總安裝扭矩40%左右；螺母與墊圈平面之間的平面摩擦，螺母與墊圈平面之間力矩要占總安裝扭矩50%左右。在安裝時，大部分安裝扭矩都在前兩個摩擦中損耗，直接轉(zhuǎn)化為預緊力的只占緊固扭矩的10%左右。如果螺紋間產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)摩擦力增加，數(shù)值超過了螺栓與墊圈平面之間的支承面摩擦力，那么，螺栓就會產(chǎn)生與螺母一起轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象習慣上稱為跟轉(zhuǎn)。（2）產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)的原因：跟轉(zhuǎn)一般產(chǎn)生在螺紋間隙公差控制在比較小、潤滑不到位的情況。如果螺紋公差控制比較嚴格，螺栓連接副在使用中安全，不容易產(chǎn)生滑絲、脫扣現(xiàn)象。如果放大螺母中徑，配合比較松，螺紋間

20、隙增加，螺紋間的摩擦力自然會減少，安裝時比較省力，也會消除跟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；但是，在使用中會增加脫扣的風險，重視緊固件螺紋配合質(zhì)量的高強度緊固件制造公司，公差控制比較嚴格，如果碰上表面處理厚度略微增大，螺紋間的間隙減少了，很容易造成安裝出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。經(jīng)過分析，產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)的情況有四種可能性：螺栓副螺紋配合比較緊密，配合間隙比較?。宦菟ǜ甭菁y制造比較粗糙，在旋合時摩擦阻力大；墊圈平面光滑，形成摩擦阻力小，這樣螺紋之間摩擦力相應地增加；安裝時潤滑不到位。在以上四個方面，會出現(xiàn)四項中幾項兼有的狀況，其中，螺紋制造公差及安裝時潤滑不到位，是產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)的主要原因。而且潤滑重要性往往不被人們所重視，不僅潤滑劑的種類

21、不同、潤滑工藝的不同，會給安裝扭矩產(chǎn)生不同的影響；即使是同一種潤滑劑，由于涂裝部位不同，扭矩系數(shù)也會帶來很大的變化；潤滑方位越是全面，扭矩系數(shù)會越小。（3）如果排除螺紋制造公差的問題，消除跟轉(zhuǎn)的最積極有效的途徑是增加潤滑，合理地調(diào)配潤滑，減少螺紋間的摩擦力。螺紋間潤滑增加后，螺紋摩擦力減少了，扭轉(zhuǎn)摩擦下降了，螺母與墊圈平面之間的平面摩擦相應地按比例增加，當平面摩擦 >扭轉(zhuǎn)摩擦 ，跟轉(zhuǎn)情況有效地消除了。（4）墊圈平面光滑，形成摩擦阻力小，也容易造成螺栓跟轉(zhuǎn)擰不緊的現(xiàn)象。山東一家公司采用墊片噴丸打毛的方法，增加端面摩擦，收到了一定的效果，在安裝時，螺栓的跟轉(zhuǎn)比例，從起初旋合時2025%下降到58%（墊片噴丸打毛后），但是還是存在個別緊固件跟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，沒有徹底地解決安裝時的螺栓的跟轉(zhuǎn)問題。2、原因分析：經(jīng)過現(xiàn)場安裝情況的仔細查看分析，發(fā)現(xiàn)福建莆田沿海風場跟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象是由于潤滑不到位所造成的。現(xiàn)場安裝實行計件制，安裝工程隊為了安裝進度和經(jīng)濟效益，涂潤滑油脂比較粗糙。由于在螺栓、墊片外表面涂潤滑油脂，比較容易涂抹，但是螺母內(nèi)孔比較難以涂抹，只是象征性地涂抹一下，潤滑狀態(tài)沒有達到要求，使得螺紋之間的摩擦大幅度地增加，當螺紋間的摩擦超過了支承面間的摩擦，就會導致跟轉(zhuǎn)，即擰不緊的現(xiàn)象。找出來原因后，我自己用刷子對