螺栓，作為風(fēng)電機(jī)組主要的連接方式之一，應(yīng)用在輪轂、齒輪箱、葉片連接、塔筒連接等諸多關(guān)鍵部位，螺栓的安全關(guān)系到整個風(fēng)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。在風(fēng)電機(jī)組中使用高強(qiáng)度螺栓，就是為了獲得較高的預(yù)緊力，但螺栓質(zhì)量、裝配方法、擰緊工具、操作者都會影響到最終螺紋的連接質(zhì)量，從而影響螺栓的預(yù)緊效果。本文主要探討螺栓上緊時需要重視的兩個重要系數(shù)，扭矩系數(shù)和摩擦系數(shù)。
Ⅰ 扭矩系數(shù)K
螺栓上緊扭矩T與軸向力F有如下的關(guān)系：
T=K•D•F
其中D為螺栓公稱直徑，K稱作扭矩系數(shù)。
扭矩系數(shù)K，是一個由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。它的值取決于螺紋副的幾何形狀以及螺紋副的摩擦情況。從公式中可以看出，扭矩系數(shù)K決定了在上緊扭矩的轉(zhuǎn)化中軸向力所占的比例，因此這個系數(shù)對螺栓緊固的研究非常重要。
首先，緊固件的幾何形狀決定了多大的上緊扭矩可以產(chǎn)生一個特定的預(yù)緊力，這里，螺距是一個決定性因素。螺栓是一個幾何體，它相當(dāng)于一種“螺旋上升的平面” ，因此影響了整個螺紋連接中力的分布情況（《實(shí)現(xiàn)螺栓可靠裝配的10個步驟》Dr. Volker Schatz 著，P13）。因?yàn)檫@個幾何形狀取決于螺栓生產(chǎn)廠家，這里我們不做分析。
第二個影響因素是摩擦情況，能讓摩擦發(fā)生變化的因素都能對扭矩系數(shù)產(chǎn)生影響，例如螺栓表面是否有潤滑劑，如果選擇了潤滑劑，潤滑劑的種類和具體應(yīng)用工藝的變化也都會對系數(shù)K產(chǎn)生影響。
隨著螺紋表面摩擦條件的不同，轉(zhuǎn)化的預(yù)緊力也不相同。螺栓潤滑條件越好，同一預(yù)緊扭矩下轉(zhuǎn)化的預(yù)緊力就越大，即扭矩系數(shù)K越小。我們在上緊過程中需要的是穩(wěn)定適中的預(yù)緊力，即需要一個穩(wěn)定的扭矩系數(shù)K來保證同一法蘭面預(yù)緊力的均一性。在上緊扭矩T相同的條件下，K值過大，則轉(zhuǎn)化的預(yù)緊力太小，達(dá)不到設(shè)計的預(yù)緊要求；K值過小，則會放大誤差，由于整個操作、監(jiān)測等的系統(tǒng)性誤差，如扭矩扳手就有±4%的誤差，易導(dǎo)致軸力過載，螺紋連接副失效；K值不穩(wěn)定，則轉(zhuǎn)化的預(yù)緊力不一致，容易形成應(yīng)力集中。使用潤滑劑能夠使螺栓扭矩系數(shù)的穩(wěn)定性和一致性大大提高，有效避免這些風(fēng)險，因此風(fēng)電行業(yè)內(nèi)針對有較高扭矩要求的螺栓廣泛采用抗咬合潤滑劑。
在具體施工中，不同的涂抹方式會對最終的潤滑效果產(chǎn)生很大影響，反映到最終結(jié)果即是扭矩系數(shù)K的變化。目前風(fēng)電行業(yè)對于高強(qiáng)度螺栓涂抹抗咬合劑有兩種比較普遍的方案：
1）只涂抹螺紋的嚙合部位，即螺栓的螺紋嚙合部位，如圖1中A所指。此種方案扭矩系數(shù)在0.11～0.15之間，視不同的潤滑劑和不同的螺栓種類而定。
2）不僅涂抹螺栓的嚙合部位，還要涂抹支承面，即螺栓頭部下端面與墊圈的接觸部位（針對在螺栓頭部施加扭矩的工藝，如針對螺母施加扭矩，則涂抹的是螺母與墊片接觸的端面）。此種方案扭矩系數(shù)在0.08～0.13之間。
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