关于风电螺栓扭矩系数与摩擦系数的探讨

　　因为目前针对螺纹副摩擦系数的检测设备主要是欧洲尤其是德国的，检测报告也就以欧洲习惯的符号表示，所以这里有必要将欧洲的上紧力矩、预紧力与摩擦系数的公式解释一下：

式中：T—上紧扭矩
　　　F—预紧力
　　　P—螺距
　　　D0—支承面外径
　　　d2—螺纹中径
　　　dh—螺栓通过的垫圈或支承零件的孔径
　　　μb—支撑面的摩擦系数
　　　μth—螺纹摩擦系数
其中：

式中：Tt ｈ—螺纹扭矩
　　　Tb—支撑面的摩擦扭矩
　　　Db—支撑面摩擦的有效直径
这里有两个摩擦系数，一个是支撑面摩擦系数，一个是螺纹摩擦系数，它们分别对扭矩转换有什么影响呢？我们看一组据。

　　从检测数据中可以看出，当螺纹摩擦系数一定时，Ｋ／ μ随支撑面摩擦系数变化小，而当支撑面摩擦系数一定时，Ｋ／μ 随螺纹摩擦系数变化大。也就是说，在两个摩擦系数中，要考虑Ｋ值稳定，让轴力符合设计范围并均匀一致，就要对螺纹摩擦系数更加关注，即在实际装配操作工艺过程中对螺纹摩擦更加重视。在螺母上紧的实际过程中，前期在螺母未拧到接触面时的松配合情况下，螺母的螺纹朝着螺栓头的一面与螺栓接触，而在后期预紧扭矩上升的过程中，螺母的螺纹是背对螺栓头的一面与螺栓接触，为了保证在后期有充足的润滑剂填充在螺纹副接触面之间，从工艺上保证螺纹摩擦系数的一致性，从而保证扭矩系数的一致性，进而保证预紧力均匀一致，这里建议在螺栓上涂抹润滑剂时采用刮涂的工艺，让牙扣中充满润滑剂。
　　同时，研究发现，在螺栓松动时，往往先是螺栓和螺母的螺纹啮合部位发生松动，之后才是支撑面的滑动。（Tanaka， M.，Hongo， K.， and Asaba， E.， 1982，“ Finite Element Analysis of theThreaded Connections Subjected to External Loads，” Bull. JSME，25， pp.291–298.）也就是说，在相同表面状态的条件下，螺纹摩擦是弱点，（这从上紧力矩的分配中也可以看出），要考虑防松，我们也要对螺纹摩擦系数多关注一些，与检测数据的表格分析一致。但这并不表明支撑面摩擦就不重要了，因为毕竟其摩擦占力矩分配的50％，前述分析是相对而言的。
　　摩擦系数增大，则上紧力矩转换成预紧力的比例减小，要得到相同的预紧力，上紧扭矩必然需要增大，而过大的上紧扭矩会导致工具易损、操作危险等。摩擦系数减小，则上紧力矩转换成预紧力的比例增加，在相同的上紧力矩下，会引起预紧力的倍增，如摩擦系数过小，则预紧力与上紧力矩的关联敏感性过强，会放大上紧扭矩误差，易引起过载；同时摩擦系数过小，在相同的预紧力条件下，上紧力矩就会很小，这样松动力矩必然也很小，螺栓易松动，风电机组可靠性大大降低。
　　那么摩擦系数在一个什么样的范围内才合适呢？目前笔者没有找到可以计算的公式，只有一个经验值供大家参考。在德国，推荐的摩擦系数范围是0.07  0.12。这里要注意的是，3个摩擦系数都应在这个范围内，即螺纹摩擦系数、支撑面摩擦系数以及总摩擦系数都必须在0.07  0.12 之间。摩擦系数大于0.12，则上紧力矩会过大，小于0.07 则可能导致易松，在这个范围内，被认为是合适、可靠的。
　　综上所述，我们在考虑风电螺栓紧固问题时，不能仅仅关注扭矩系数K，还要关注摩擦系数μ，这才能让我们的风电机组更安全可靠。