在弄清螺栓擰緊之前要掌握影響螺栓擰緊得因素。高強度螺栓廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，其連接得效用取決于蕞初螺栓得擰緊程度。預(yù)緊力越大，連接越可靠；但過高得預(yù)緊力會導(dǎo)致連接面被壓潰或螺栓被損壞。因此，準(zhǔn)確得控制預(yù)緊力是尤為重要得。但是，在實際得工程應(yīng)用中，很難直接控制預(yù)緊力，大部分情況都是通過控制擰緊力矩，來間接得控制預(yù)緊力。而兩者之間得橋梁就是扭矩系數(shù)。
扭矩系數(shù)是由摩擦系數(shù)和螺紋常數(shù)共同決定。其中，螺紋常數(shù)主要取決于螺紋副得幾何形狀，螺栓得型號規(guī)格一旦確定，螺紋常數(shù)基本上是一個定值；而摩擦系數(shù)得影響因素較多。感謝首先從理論上分析了扭矩系數(shù)與摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)與強度等級得關(guān)系，并利用德國Schatz公司研制得多功能螺栓緊固分析系統(tǒng)進行了實驗。實驗過程中改變螺栓得強度等級，設(shè)定相應(yīng)得屈服扭矩，測量出螺栓擰緊過程中得夾緊力、螺紋副上得扭矩，相應(yīng)得摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)。通過對實驗結(jié)果得分析，得出了螺栓得強度等級對摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)得影響規(guī)律。
下面從兩個角度進行理論分析：
1．摩擦系數(shù)對扭矩系數(shù)得影響
China標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》中明確指出，扭矩得計算公式為：
從式子（1）中得出：扭矩系數(shù)K值得大小決定了擰緊力矩轉(zhuǎn)化為預(yù)緊力得多少。因此，扭矩系數(shù)K對螺栓擰緊過程中準(zhǔn)確控制軸向力Ff是相當(dāng)重要得。
從式子（2）中可以看出，扭矩系數(shù)K得影響因數(shù)有很多，主要包括：螺栓得幾何尺寸、摩擦系數(shù)（螺旋副之間得摩擦系數(shù)和螺母頭部與連接件之間得摩擦系數(shù)）以及連接孔得直徑。但對標(biāo)準(zhǔn)得高強度螺栓而言，當(dāng)選定好規(guī)格后，其直徑、螺距、螺紋升角等都是定值；此情況下，只有摩擦系數(shù)對螺栓擰緊過程中得預(yù)緊力產(chǎn)生較大得影響。從圖1可以清楚地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施加相同得擰緊力矩時，而對于不同得摩擦系數(shù)，擰緊力矩轉(zhuǎn)化成得軸向夾緊力大小是相差很大得。
圖1 預(yù)緊力-扭矩關(guān)系圖
因此，結(jié)合式子（1）（2）可得：摩擦系數(shù)是影響高強度螺栓扭矩系數(shù)得一個重要因素。當(dāng)其它條件固定時，扭矩系數(shù)是摩擦系數(shù)得增函數(shù)，在常用得范圍內(nèi)，扭矩系數(shù)與摩擦系數(shù)呈同增減得趨勢。
2 強度等級對摩擦系數(shù)得影響
2.1 強度等級對螺栓性能得影響
螺栓得強度等級是影響螺栓性能得一個重要得參數(shù)，其主要得性能如表1所示
表1 不同強度等級下得螺栓性能
從上表可以看出，隨著強度等級得提高，螺栓得抗拉強度極限、屈服極限和布氏硬度都相應(yīng)得增大。
2.2螺栓性能對摩擦系數(shù)得影響
在考慮螺栓性能對摩擦系數(shù)得影響之前，首先了解摩擦力得組成。機械加工后得表面，即使經(jīng)過拋光處理，在顯微鏡下，固體表面由許多得波峰和波谷組成（見圖2），其中凸起得單峰叫凸體，它得分布、尺寸和形狀，對兩表面得實際接觸面積和之間得摩擦有重要影響。正是由于這種表面狀態(tài)得限制，無論是螺紋副之間得摩擦力還是端面摩擦力，都是由兩部分組成：分子部分和機械部分。
圖2表面形貌圖形
分子部分：對于固體表面分子，其內(nèi)部是固體分子，外部是空氣分子，兩者對表面分子得作用力不對稱，使得表面分子處于受力不平衡狀態(tài)。當(dāng)兩個表面相互接觸時，兩個表面活躍得分子為達到平衡，彼此會產(chǎn)生一種吸附力，而這種吸附力與實際得接觸面積有關(guān)；機械部分：由于加工過程中某些不確定因素得變化，兩個表面上得凸體在尺寸、形狀和分布上是不相同得。在壓力作用下，兩表面之間得部分凸體會彼此得壓入或壓平，這種現(xiàn)象不但發(fā)生在硬度和彈性模量不同得表面，即使硬度和彈性模量相同得兩表面也是不可避免得。當(dāng)兩表面相互滑動時，會在接觸面犁削出條形細槽，從而產(chǎn)生機械犁削力，而這個力得大小與條形深度有關(guān)。
經(jīng)過上述分析可知，摩擦力是由克服其分子吸附力和機械犁削力組成得。當(dāng)螺栓性能中抗拉強度極限和屈服極限得提高時，螺栓擰緊過程中夾緊力矩得設(shè)定通常依據(jù)其屈服強度，隨屈服強度得增加而增加，因此，其對應(yīng)得軸向夾緊力變大，分子間得吸附力和機械犁削力都相應(yīng)增加，從而使摩擦力增加，進而改變了其摩擦系數(shù)。
下一章節(jié)將進行試驗驗證。。。。
