在螺栓支撑面摩擦系数测试时候，测试完毕，螺栓头与支撑面之间会产生印痕，如图1。
根据不同的测试标准，计算支撑面等效直径时候会有差别，因此，会对支撑面摩擦系数结果产生影响。
有些标准要求按照螺栓头支撑面外径标准作为支撑面外径，螺栓孔直径作为支撑面的内径；有些标准要求按照实际测试出的印痕测量出支撑面的外径和内径（印痕的内径和外径）。
这两种内径外径的确定方法对最终的支撑面等效直径是有差别的，影响最终的摩擦系数。
图1
一、问题提出
以法兰面外圈接触分析为例，试验用螺栓为M12*1.5-10.9，螺栓实际测试结果为外径接触。
螺栓的支撑面直径标准要求为24mm，螺栓孔直径为13.6mm，这样按照标准内外径的计算要求，支撑面的等效直径为18.8mm，如图2。
如果按照印痕测量结果来计算支撑面的等效直径，结果如下：螺栓印痕外径为24mm，内径印痕为20mm，支撑面的等效直径为22mm，如图3.
图2
图3
由于测试时候预紧力，拧紧扭矩等都一致，仅需在摩擦系数试验机软件中更改相关的参数即可得到螺纹，支撑面和总摩擦系数，等效直径按照标准尺寸和按照印痕尺寸设置如图4/5。试验曲线如图6.
图4
图5
图6
支撑面等效直径按照标准尺寸和按照印痕实测尺寸计算的摩擦系数见表1.
|
序号 |
拧紧扭矩Nm |
支撑面摩擦系数μb |
螺纹摩擦系数μth |
总摩擦系数μtot |
备注 |
|
1 |
119.54 |
0.117 |
0.132 |
0.123 |
标准尺寸 |
|
2 |
119.54 |
0.100 |
0.132 |
0.112 |
印痕实测尺寸 |
表1
二、问题分析
从以上测试结果可以看出，即使实际测试测预紧力、拧紧扭矩和相关的螺纹扭矩等都没有发生变化，对支撑面的尺寸按照不同的标准来输入计算的摩擦系数结果（主要是支撑面摩擦系数和总摩擦系数）会产生差别。
根据拧紧扭矩的计算公式：
我们都知道在计算拧紧扭矩的时候DKM这个尺寸都是按照螺栓标准支撑面尺寸和螺栓孔直径来进行计算的，如果摩擦系数采用标准支撑面尺寸计算的摩擦系数，计算拧紧扭矩的结果和测试用的支撑面尺寸是一致的，摩擦系数也按照标准支撑面尺寸计算的摩擦系数，这样计算结果是能够与实际比较匹配。
如果计算是按照实际印痕的摩擦系数，而计算拧紧扭矩时候仍然按照标准的支撑面外径和螺栓孔直径。以外圈接触印痕为例，摩擦系数偏小，这样计算拧紧扭矩的结果会偏低，造成螺栓的拧紧扭矩是偏小的。
如果拧紧扭矩的开发是按照实测的曲线进行，这样采用标准支撑面计算摩擦系数和采用印痕计算摩擦系数对最终的结果影响就不会太大。控制摩擦系数主要是为了控制批量、批次的摩擦系数稳定性。
三、螺丝君经验总结
从以上分析来看：
- 对于摩擦系数测试用标准支撑面直径和螺栓孔直径来测试计算得出的摩擦系数适合于拧紧扭矩理论计算的测试。
- 对于摩擦系数测试用印痕直径来计算得出的摩擦系数适合于拧紧扭矩开发采用实际零件测试拧紧曲线的开发方法，不太适合直接计算拧紧扭矩的方法（当然实际上差别不大除外）。
- 摩擦系数主要是控制批量和批次的稳定性，保证扭矩法拧紧时候螺栓的预紧力更加稳定。
以上是对支撑面摩擦系数测试方法和标准的一定个人看法，欢不足之处，欢迎大家对这个问题留言讨论，分享你的观点。
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