बोल्ट टॉर्क वितरण और घर्षण गुणांक क्या निर्धारित करता है?

बोल्ट क्लैंपिंग बल को नियंत्रित करने के लिए एक मुख्य संकेतक के रूप में, वास्तविकता यह है कि अधिकांश कसने वाला टॉर्क घर्षण के माध्यम से खो जाता है, केवल एक छोटा सा हिस्सा वास्तव में क्लैंपिंग बल में परिवर्तित होता है। तो, अंततः कौन से कारक बोल्ट टॉर्क वितरण और घर्षण गुणांक के परिमाण को निर्धारित करते हैं? आज, जियांग्सू जिनरुई के संपादक माइक्रोटोपोग्राफी विश्लेषण पर आधारित एक अनुभवजन्य अध्ययन साझा करेंगे, जो बोल्ट टॉर्क वितरण और घर्षण गुणांक को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों का खुलासा करता है, जो उच्च विश्वसनीयता बन्धन प्राप्त करने के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करता है।

1. घर्षण गुणांक और टोक़ वितरण

बोल्ट को कसते समय, बोल्ट को खींचने और क्लैंपिंग बल उत्पन्न करने के लिए इनपुट टॉर्क का पूरी तरह से उपयोग नहीं किया जाता है। वास्तव में, टॉर्क को तीन उपभोग पथों के बीच वितरित किया जाता है:

थ्रेड घर्षण: बोल्ट और नट के बीच थ्रेड संपर्क क्षेत्र में घर्षण होता है, जिससे बड़ी मात्रा में टॉर्क की खपत होती है;

असर सतह घर्षण: बोल्ट हेड और वॉशर या जुड़े घटक की सतह के बीच भी घर्षण मौजूद होता है, और इस हिस्से में खपत होने वाला टॉर्क एक बड़े अनुपात के लिए जिम्मेदार होता है;

थ्रेड लीड कोण प्रभाव (यानी, प्रभावी प्रीलोड घटक): टॉर्क का केवल यह हिस्सा वास्तव में बोल्ट को खींचने के लिए उपयोग किया जाता है और इस प्रकार क्लैंपिंग बल बनाता है।

अध्ययनों से पता चला है कि लगभग 85% से 90% टॉर्क का उपयोग घर्षण को दूर करने के लिए किया जाता है, और केवल 10% को बोल्ट तन्य बल में परिवर्तित किया जाता है।

इसका मतलब यह है कि एक बार घर्षण गुणांक बदल जाता है, तो टॉर्क रूपांतरण दक्षता तदनुसार बदल जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप एक ही टॉर्क के तहत उत्पन्न क्लैंपिंग बल में दोगुने से अधिक का संभावित अंतर होगा। इसलिए, क्लैंपिंग बल को केवल टॉर्क द्वारा लॉक करना अविश्वसनीय है।

2. योजना डिजाइन

बोल्ट टॉर्क वितरण और घर्षण गुणांक को निर्धारित करने वाले मुख्य कारकों का गहराई से पता लगाने के लिए, फ्रांस में इकोले सेंट्रल डी ल्योन की ट्राइबोलॉजी प्रयोगशाला ने एक व्यवस्थित प्रयोगात्मक योजना तैयार की। इस योजना का मुख्य लक्ष्य घर्षण व्यवहार और माइक्रोस्ट्रक्चर के बीच एक कारण संबंध स्थापित करने के लिए सतह माइक्रोटोपोग्राफी विश्लेषण के साथ यांत्रिक परीक्षण को जोड़ना है।

यह प्रयोग टॉर्क क्लैम्पिंग बल परीक्षण के लिए आईएसओ 16047 मानक के अनुसार आयोजित किया गया था। उपयोग किए गए बोल्ट M10×60 विनिर्देश के थे, जो 30MnB4 स्टील से बने थे, जो ठंडे {7}सिर वाले, धागे से लुढ़के हुए थे, और फिर इलेक्ट्रोगैल्वनाइज्ड थे। कुल टॉर्क के विशिष्ट मूल्यों को विस्तार से दर्ज किया गया था, जबकि घर्षण गुणांक की सटीक गणना करने और टॉर्क वितरण कानून का विश्लेषण करने के लिए थ्रेड टॉर्क और असर सतह टॉर्क को अलग किया गया था। खुरदरेपन से संबंधित मापदंडों को निकालने के लिए तीन आयामी स्थलाकृति स्कैनिंग तकनीक का उपयोग किया गया था, और घर्षण व्यवहार और माइक्रोटोपोग्राफी के बीच आंतरिक संबंध का पता लगाने के लिए कसने से पहले और बाद में पैरामीटर परिवर्तनों की तुलना की गई थी। यह डिज़ाइन न केवल यांत्रिक प्रदर्शन पर विचार करता है बल्कि बोल्ट टॉर्क वितरण और घर्षण गुणांक में परिवर्तन के मूलभूत कारणों का खुलासा करते हुए सूक्ष्म स्तर पर भी प्रकाश डालता है।

3. परीक्षण सत्यापन विधि

उपरोक्त योजना के आधार पर, आईएसओ 16047 मानक के अनुरूप एक परीक्षण उपकरण बनाया गया था, जो टॉर्क और क्लैंपिंग बल को सटीक रूप से माप सकता है। परीक्षण प्रक्रिया में निम्नलिखित लिंक शामिल हैं:

बोल्ट फिक्सिंग और लोडिंग: बोल्ट को एक मानकीकृत परीक्षण बेंच पर स्थापित करें, एक सेट टॉर्क लागू करें, और वास्तविक समय में कुल टॉर्क, थ्रेड टॉर्क, असर सतह टॉर्क और क्लैंपिंग बल के मूल्यों को रिकॉर्ड करें;

घर्षण पृथक्करण माप: घर्षण गुणांक गणना की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए डिवाइस और सेंसर की विशेष संरचना के माध्यम से असर सतह घर्षण से अलग धागा घर्षण;

स्थलाकृति स्कैनिंग व्यवस्था: प्रत्येक कसने के ऑपरेशन से पहले और बाद में, माइक्रोन स्तर की सुविधा की जानकारी प्राप्त करने के लिए बोल्ट हेड और वॉशर सतह की असर सतह पर तीन आयामी स्कैनिंग करें;

पैरामीटर निष्कर्षण और विश्लेषण: खुरदरेपन से संबंधित पैरामीटर निकालें और सतह स्थलाकृति परिवर्तन और घर्षण व्यवहार के बीच संबंधित संबंध का विश्लेषण करने के लिए उन्हें घर्षण डेटा के साथ संयोजित करें।

नीचे दिया गया चित्र परीक्षण बेंच की संरचना और माप बिंदुओं की विशिष्ट स्थिति को दर्शाता है।

4. स्थलाकृति परिणामों का विश्लेषण

परीक्षण डेटा से कई प्रमुख घटनाएं सामने आईं जो टॉर्क वितरण और घर्षण गुणांक को निर्धारित करने वाले मूलभूत कारकों को गहराई से समझने में मदद करती हैं:

4.1 घर्षण गुणांक के गतिशील परिवर्तन

कसने की प्रक्रिया के दौरान, घर्षण गुणांक स्थिर नहीं होता है बल्कि संपर्क स्थिति के साथ लगातार बदलता रहता है। आम तौर पर, असर सतह घर्षण गुणांक थ्रेड घर्षण गुणांक से लगभग 44% अधिक होता है, जो दर्शाता है कि अधिकांश टॉर्क थ्रेड सतह के बजाय असर सतह पर खपत होता है।

4.2 महत्वपूर्ण टॉर्क फैलावशीलता

यहां तक ​​कि जब समान क्लैम्पिंग बल लक्ष्य निर्धारित किया जाता है, तो आवश्यक टॉर्क में अंतर लगभग दोगुना हो सकता है। उदाहरण के लिए, कुछ बोल्टों को 96.7 एनएम के टॉर्क की आवश्यकता होती है, जबकि अन्य को केवल 54.5 एनएम की आवश्यकता होती है। टोक़ मूल्यों की यह फैलावशीलता सीधे घर्षण गुणांक की अस्थिरता के कारण होती है।

4.3 सतही स्थलाकृति का महत्वपूर्ण विकास

त्रि-आयामी स्कैनिंग परिणाम दिखाते हैं कि असर वाली सतह के खुरदरेपन मापदंडों में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए हैं:

वर्ग (मूल माध्य वर्ग खुरदरापन) लगभग 5.3 μm से घटकर 1.04 μm हो गया, और सतह चिकनी हो गई;

एसएसके (तिरछापन) नकारात्मक हो गया, जो सतह की चोटियों और घाटियों के वितरण में बदलाव का संकेत देता है, सतह के निचले बिंदुओं (घाटियों) में अधिक सामग्री केंद्रित होती है, और गड्ढे की विशेषताएं अधिक स्पष्ट हो जाती हैं;

स्कू (कर्टोसिस) का मूल्य बढ़ गया, जिसका अर्थ है कि सतह की वहन क्षमता बढ़ गई।

इन परिवर्तनों से संकेत मिलता है कि कसने की प्रक्रिया के दौरान, सतह प्लास्टिक विरूपण से गुजरती है, वास्तविक संपर्क क्षेत्र बढ़ जाता है, और घर्षण व्यवहार तदनुसार बदल जाता है। नीचे दिया गया चित्र कसने से पहले और बाद में बोल्ट सिर की असर वाली सतह की त्रि-आयामी स्थलाकृति दिखाता है: कसने से पहले, सतह एक स्पष्ट खुरदरी चोटी घाटी संरचना प्रस्तुत करती है; कसने के बाद, खुरदरी चोटियाँ कतर दी जाती हैं, सतह समतल हो जाती है, और दिशात्मकता अधिक स्पष्ट होती है। इससे पता चलता है कि घर्षण से न केवल ऊर्जा की खपत होती है बल्कि सूक्ष्म स्तर पर सतह की संरचना भी बदल जाती है।

नीचे दिया गया चित्र सूक्ष्म अवलोकन के माध्यम से असर सतह पर घर्षण के निशान और प्लास्टिक विरूपण क्षेत्रों को स्पष्ट रूप से चिह्नित करता है: कुछ क्षेत्रों में महत्वपूर्ण खरोंच हैं, और खरोंच की विस्तार दिशा बोल्ट की रोटेशन दिशा के अनुरूप है, जो दर्शाता है कि घर्षण के कारण सामग्री प्रवाह और सतह क्षति हुई है।

नीचे दिया गया चित्र असर सतह संपर्क की असमान विशेषताओं को प्रस्तुत करता है: वास्तविक संपर्क क्षेत्र नाममात्र क्षेत्र से बहुत छोटा है, और भार कुछ सूक्ष्म क्षेत्रों में केंद्रित है, जिससे स्थानीय उच्च तनाव की स्थिति और प्लास्टिक विरूपण होता है। यह असमान संपर्क घर्षण गुणांक में उतार-चढ़ाव का प्रमुख कारक है।