關于風電螺栓扭矩系數與摩擦系數的探討

　　因為目前針對螺紋副摩擦系數的檢測設備主要是歐洲尤其是德國的，檢測報告也就以歐洲習慣的符號表示，所以這里有必要將歐洲的上緊力矩、預緊力與摩擦系數的公式解釋一下：

式中：T—上緊扭矩
　　　F—預緊力
　　　P—螺距
　　　D0—支承面外徑
　　　d2—螺紋中徑
　　　dh—螺栓通過的墊圈或支承零件的孔徑
　　　μb—支撐面的摩擦系數
　　　μth—螺紋摩擦系數
其中：

式中：Tt ｈ—螺紋扭矩
　　　Tb—支撐面的摩擦扭矩
　　　Db—支撐面摩擦的有效直徑
這里有兩個摩擦系數，一個是支撐面摩擦系數，一個是螺紋摩擦系數，它們分別對扭矩轉換有什么影響呢？我們看一組據。

　　從檢測數據中可以看出，當螺紋摩擦系數一定時，Ｋ／ μ隨支撐面摩擦系數變化小，而當支撐面摩擦系數一定時，Ｋ／μ 隨螺紋摩擦系數變化大。也就是說，在兩個摩擦系數中，要考慮Ｋ值穩定，讓軸力符合設計范圍并均勻一致，就要對螺紋摩擦系數更加關注，即在實際裝配操作工藝過程中對螺紋摩擦更加重視。在螺母上緊的實際過程中，前期在螺母未擰到接觸面時的松配合情況下，螺母的螺紋朝著螺栓頭的一面與螺栓接觸，而在后期預緊扭矩上升的過程中，螺母的螺紋是背對螺栓頭的一面與螺栓接觸，為了保證在后期有充足的潤滑劑填充在螺紋副接觸面之間，從工藝上保證螺紋摩擦系數的一致性，從而保證扭矩系數的一致性，進而保證預緊力均勻一致，這里建議在螺栓上涂抹潤滑劑時采用刮涂的工藝，讓牙扣中充滿潤滑劑。
　　同時，研究發現，在螺栓松動時，往往先是螺栓和螺母的螺紋嚙合部位發生松動，之后才是支撐面的滑動。（Tanaka， M.，Hongo， K.， and Asaba， E.， 1982，“ Finite Element Analysis of theThreaded Connections Subjected to External Loads，” Bull. JSME，25， pp.291–298.）也就是說，在相同表面狀態的條件下，螺紋摩擦是弱點，（這從上緊力矩的分配中也可以看出），要考慮防松，我們也要對螺紋摩擦系數多關注一些，與檢測數據的表格分析一致。但這并不表明支撐面摩擦就不重要了，因為畢竟其摩擦占力矩分配的50％，前述分析是相對而言的。
　　摩擦系數增大，則上緊力矩轉換成預緊力的比例減小，要得到相同的預緊力，上緊扭矩必然需要增大，而過大的上緊扭矩會導致工具易損、操作危險等。摩擦系數減小，則上緊力矩轉換成預緊力的比例增加，在相同的上緊力矩下，會引起預緊力的倍增，如摩擦系數過小，則預緊力與上緊力矩的關聯敏感性過強，會放大上緊扭矩誤差，易引起過載；同時摩擦系數過小，在相同的預緊力條件下，上緊力矩就會很小，這樣松動力矩必然也很小，螺栓易松動，風電機組可靠性大大降低。
　　那么摩擦系數在一個什么樣的范圍內才合適呢？目前筆者沒有找到可以計算的公式，只有一個經驗值供大家參考。在德國，推薦的摩擦系數范圍是0.07  0.12。這里要注意的是，3個摩擦系數都應在這個范圍內，即螺紋摩擦系數、支撐面摩擦系數以及總摩擦系數都必須在0.07  0.12 之間。摩擦系數大于0.12，則上緊力矩會過大，小于0.07 則可能導致易松，在這個范圍內，被認為是合適、可靠的。
　　綜上所述，我們在考慮風電螺栓緊固問題時，不能僅僅關注扭矩系數K，還要關注摩擦系數μ，這才能讓我們的風電機組更安全可靠。