摩擦系数高低，对装配有什么影响？

摩擦系数高低，对装配有什么影响？

摩擦系数是紧固件装配中的关键参数，其数值及稳定性直接影响连接副的质量。本文将深入探讨摩擦系数的高低对装配过程的具体影响，以及如何通过控制摩擦系数来优化装配工艺。

摩擦系数是紧固件装配的最重要参数之一，其数值及稳定性直接影响连接副的质量。在汽车总装车间，导致监控窗口报警最多的影响因素就是摩擦系数。

通常来说，摩擦系数低的优点是扭矩对轴力的转化率较高，可采用的紧固件尺寸更小、等级更低，拧紧设备的量程较低。摩擦系数高的优点是拧紧后，当轴力相同时，连接件的防松性能较好。

摩擦系数对装配的影响

对装配轴力的影响

我们从常见的两种装配方法来讨论，扭矩法和过屈服扭矩转角法。

扭矩法装配轴力的计算公式如下：

根据上面的公式，对于特定的装配扭矩MA，摩擦系数越高，装配轴力则越小；摩擦系数越低，装配轴力则越大，螺纹摩擦系数和端面摩擦系数都会影响装配轴力。此外，当拧紧扭矩MA有误差时，也会影响轴力。因此，扭矩法装配的轴力散差较大，精度不高，这也是扭矩法装配存在的困境。

过屈服扭矩转角法的计算公式如下：

根据上面公式，影响装配轴力的主要因素有螺栓屈服强度和螺纹摩擦系数。螺纹摩擦系数越高，装配轴力越低；螺纹摩擦系数越低，装配轴力越高；需要注意的是，端面摩擦系数对轴力不产生影响，只会影响最终的装配扭矩。

对装配工具的影响

无论是扭矩法还是扭矩转角法，摩擦系数的高低直接影响终紧扭矩值，为了达到设计轴力，摩擦系数越高的零件，所需的装配扭矩就越高。这也会导致装配工具所需量程越大，体积越大，拧紧抢越粗。

下图为主流厂商的摩擦系数控制范围，总体来看，日系车的摩擦系数值较高，德系车的摩擦系数值较低。这会导致在德系车中很多小量程的装配工具，在日系车上，需要反作用力杆，甚至大量程的拧紧机或拧紧站。

对残余扭矩和轴力的影响

采用扭矩法或扭矩转角法装配时，拧紧的工艺扭矩和转角相同时，低摩擦系数的装配轴力会更高，高装配轴力是防止连接副在动载试验后扭矩或轴力衰减的有效措施。此外，高装配轴力也可以有效避免螺纹连接的疲劳失效。

当两个螺纹连接副装配轴力相同时，高摩擦系数螺栓的扭矩衰减会更小，高摩擦系数也是一种防松手段。

当然摩擦系数也不是越低越好，当摩擦系数低于一定数值时，螺纹连接会有自松脱的风险，即螺纹连接在没有承受任何外载荷时，即发生松动。下图为常见螺纹发生自松脱时的摩擦系数极限值，通常细牙螺纹更不容易发生自松脱。因此所有主机厂都会有摩擦系数控制下限值。

对装配曲线报警的影响

紧固件装配曲线报警的主要原因之一就是摩擦系数，那么是由于摩擦系数太高还是太低呢？

紧固件装配曲线的监控窗口是基于一段时间的拧紧扭矩和角度，通过统计方法确定的。以扭矩转角法为例，当统计批次紧固件摩擦系数偏高时，终紧扭矩的监控窗口就会较高，如果新批次紧固件的摩擦系数偏低时，就会出现监控窗口报警。

通过以上分析可知，摩擦系数的高低各有优缺点，所以，定义具体的数值不是最重要的。对于拧紧管理来说，稳定的摩擦系数才是关键，稳定的摩擦系数能保证稳定的轴力、拧紧扭矩和角度，这样的产品才更加安全可靠。

对螺栓断裂角度的影响

螺栓拧紧的断裂角度可以从螺栓屈服开始计算，至螺栓最终断裂。通过测试某两种不同摩擦系数状态，其它参数相同螺栓，并过载拧至失效。

下图为不同摩擦系数状态螺栓拧紧至失效的装配曲线。从测试曲线来看，高摩擦系数的扭矩明显高于低摩擦系数的扭矩，同时高摩擦系数的断裂角度相对较小。

螺栓摩擦系数高会导致拧紧扭矩高，切应力也会较高。切应力越高，螺栓断裂时颈缩越小，伸长量越小，断裂角度则越小。

在设计螺纹连接时，我们更希望螺栓的断裂角度越高。对于过屈服扭矩转角法拧紧时，角度的安全余量就会更高，螺栓更不容易发生断裂。

对预涂防松胶的紧固件影响

在紧固件上预涂微胶囊粘附层防松胶可以有效防止螺纹连接发生松动。

当摩擦系数降低时，松动扭矩/拧紧扭矩的比值就会降低。而导致比值降低的原因为螺栓表面润滑后，微胶囊粘附层防松胶的附着力就会降低，这会降低固化后胶水的粘接强度，进而降低了松动扭矩数值。因此当摩擦系数越高，对预涂防松胶的紧固件防松性能越好。

摩擦系数影响因素

（1）螺纹精度

由螺纹公差带和旋合长度组成，螺纹精度是螺纹加工质量的综合体现，同等条件 下螺纹精度越高，摩擦系数越小。

（2）紧固件表面粗糙度

包括螺纹表面粗糙度 和支承面表面粗糙度，与紧固件生产中的冷镦作 业工艺参数、螺纹制造工艺有直接关系。

（3）紧固件表面处理工艺

包括磷化、电镀和锌铝涂层。受表面处理层材料类型、局部厚度、转化 工艺等因素影响，不同表面处理工艺得到的紧固件摩擦系数相差较大，但通过在润滑工艺或在表涂剂中添加润滑均可以有效降低摩擦系数。

因此，实际生产装配中，应根据被连接结构需要，合理选择紧固件的工艺参数，确保将摩擦系数的散差控制在较小范围内。设计螺纹连接时，应首先依据实际试验结果确定摩擦系数，然后利用此摩擦系数计算扭紧力矩，以保证轴向预紧力理论值与实际值的一致性，提高螺纹连接的可靠性和设计准确性。