מה קובע את חלוקת מומנט הבורג ומקדם החיכוך?

כאינדיקטור ליבה לשליטהבְּרִיחַכוח ההידוק, המציאות היא שרוב מומנט ההידוק אובד באמצעות חיכוך, כאשר רק חלק קטן הופך למעשה לכוח הידוק. אז, אילו גורמים קובעים בסופו של דבר את חלוקת מומנט הבורג ואת גודל מקדם החיכוך? היום, העורך מ-Jiangsu Jinrui ישתף מחקר אמפירי המבוסס על ניתוח מיקרוטופוגרפיה, החושף את גורמי המפתח המשפיעים על חלוקת מומנט הבורג ומקדם החיכוך, מה שמספק בסיס חזק להשגת הידוק-מהימן גבוה.

1. מקדם חיכוך וחלוקת מומנט

בעת הידוק בורג, מומנט הכניסה אינו מנוצל לחלוטין כדי למתוח את הבורג וליצור כוח הידוק. למעשה, המומנט מתחלק בין שלושה נתיבי צריכה:

חיכוך הברגה: חיכוך מתרחש באזור מגע הברגה בין הבורג והאום, וצורך כמות גדולה של מומנט;

חיכוך פני המיסב: חיכוך קיים גם בין ראש הבורג למכונת הכביסה או פני השטח של הרכיב המחובר, והמומנט הנצרך בחלק זה מהווה חלק גדול יותר;

אפקט זווית מוביל הברגה (כלומר, רכיב עומס מוקדם יעיל): רק חלק זה של המומנט משמש באמת כדי למתוח את הבורג ובכך ליצור כוח הידוק.

מחקרים הראו שכ-85% עד 90% מהמומנט משמשים להתגברות על החיכוך, ורק כ-10% מומרים לכוח מתיחה של הבורג.

המשמעות היא שברגע שמקדם החיכוך משתנה, יעילות המרת המומנט תשתנה בהתאם, וכתוצאה מכך הבדל אפשרי של יותר מכפול בכוח ההידוק שנוצר תחת אותו מומנט. לכן, זה לא אמין לנעול את כוח ההידוק רק על ידי מומנט.

2. עיצוב סכמה

כדי לחקור לעומק את גורמי הליבה הקובעים את חלוקת מומנט הבורג ומקדם החיכוך, המעבדה הטריבולוגית של אקול סנטרל דה ליון בצרפת תכננה תכנית ניסויית שיטתית. מטרת הליבה של תכנית זו היא לשלב בדיקות מכניות עם ניתוח מיקרוטופוגרפיה פני השטח כדי לבסס קשר סיבתי בין התנהגות חיכוך ומיקרו-מבנה.

הניסוי נערך בהתאם לתקן ISO 16047 לבדיקת כוח הידוק-מומנט. הברגים ששימשו היו ממפרט M10×60, עשויים מפלדה 30MnB4, אשר היו בעלי ראש קר,- מגולגלים, ולאחר מכן מגלוון באלקטרו. הערכים הספציפיים של המומנט הכולל נרשמו בפירוט, בעוד מומנט הברגה ומומנט פני המיסב הופרדו כדי לחשב במדויק את מקדם החיכוך ולנתח את חוק חלוקת המומנט. נעשה שימוש בטכנולוגיית סריקת טופוגרפיה תלת מימדית כדי לחלץ פרמטרים הקשורים לחספוס, ושינויי הפרמטרים לפני ואחרי הידוק הושוו כדי לחקור את המתאם המהותי בין התנהגות חיכוך ומיקרוטופוגרפיה. עיצוב זה לא רק מתייחס לביצועים מכניים אלא גם מתעמק ברמת המיקרו, חושף את הסיבות הבסיסיות לשינויים בחלוקת מומנט הברגים ובמקדם החיכוך.

3. שיטת אימות בדיקה

בהתבסס על התוכנית לעיל, נבנה מכשיר בדיקה התואם את תקן ISO 16047, שיכול למדוד במדויק מומנט וכוח הידוק. תהליך הבדיקה כולל את הקישורים הבאים:

תיקון בורג וטעינה: התקן את הבורג על ספסל בדיקה סטנדרטי, הפעל מומנט מוגדר ורשום בזמן אמת את הערכים של מומנט כולל, מומנט הברגה, מומנט פני המיסב וכוח ההידוק;

מדידת הפרדת חיכוך: הפרד חיכוך חוט מחיכוך משטח הנושא דרך המבנה המיוחד של המכשיר והחיישנים כדי להבטיח את הדיוק של חישוב מקדם החיכוך;

סידור סריקת טופוגרפיה: לפני ואחרי כל פעולת הידוק, בצע סריקה-תלת מימדית על משטח הנושא של ראש הבורג ומשטח הכביסה כדי ללכוד מידע תכונה ברמת המיקרון-;

חילוץ וניתוח פרמטרים: חלץ פרמטרים הקשורים לחספוס- ושלב אותם עם נתוני חיכוך כדי לנתח את הקשר התואם בין שינויים בטופוגרפיה של פני השטח והתנהגות חיכוך.

האיור שלהלן מציג את מבנה ספסל הבדיקה ואת המיקומים הספציפיים של נקודות המדידה.

4. ניתוח תוצאות טופוגרפיה

נתוני הבדיקה חשפו מספר תופעות מפתח המסייעות להבין לעומק את הגורמים הבסיסיים הקובעים את חלוקת המומנט ומקדם החיכוך:

4.1 שינויים דינמיים של מקדם חיכוך

במהלך תהליך ההידוק, מקדם החיכוך אינו קבוע אלא משתנה ללא הרף עם מצב המגע. באופן כללי, מקדם החיכוך של משטח המיסב גבוה בכ-44% ממקדם החיכוך של הברגה, מה שמעיד על כך שרוב המומנט נצרך על משטח המיסב ולא על פני הברגה.

4.2 פיזור מומנט משמעותי

גם כאשר אותו יעד כוח הידוק מוגדר, ההבדל במומנט הנדרש עשוי להיות כמעט כפול. לדוגמה, ברגים מסוימים דורשים מומנט של 96.7 ננומטר, בעוד שאחרים צריכים רק 54.5 ננומטר. הפיזור הזה של ערכי המומנט נגרמת ישירות מחוסר היציבות של מקדם החיכוך.

4.3 אבולוציה משמעותית של טופוגרפיית פני השטח

תוצאות הסריקה התלת-ממדיות-מראות כי פרמטרי החספוס של משטח הנושא עברו שינויים משמעותיים:

Sq (חספוס מרובע ממוצע של שורש) ירד מכ-5.3 מיקרומטר ל-1.04 מיקרומטר, והמשטח נעשה חלק יותר;

Ssk (עקם) הפך לשלילי, מה שמעיד על שינוי בהתפלגות פסגות פני השטח והעמקים, כאשר יותר חומר מרוכז בנקודות הנמוכות (העמקים) של פני השטח, ותכונות הבור הפכו ברורות יותר;

הערך של Sku (kurtosis) עלה, כלומר כושר הנשיאה של פני השטח שופר.

שינויים אלו מצביעים על כך שבמהלך תהליך ההידוק המשטח עובר דפורמציה פלסטית, שטח המגע האמיתי גדל, והתנהגות החיכוך משתנה בהתאם. האיור שלהלן מציג את הטופוגרפיה התלת-ממדית- של משטח הנושא של ראש הבורג לפני ואחרי הידוק: לפני ההידוק, המשטח מציג מבנה שיא גס ברור-בעמק; לאחר הידוק, הפסגות הגסות נגזמות, פני השטח נוטים להיות שטוחים, והכיווניות ברורה יותר. זה מראה שחיכוך לא רק צורך אנרגיה אלא גם מעצב מחדש את מבנה פני השטח ברמת המיקרו.

האיור למטה מסמן בבירור את סימני החיכוך ואזורי העיוות הפלסטי על פני המיסב באמצעות תצפית מיקרוסקופית: יש שריטות משמעותיות באזורים מסוימים, וכיוון ההארכה של השריטות תואם את כיוון הסיבוב של הבורג, מה שמצביע על כך שהחיכוך גרם לזרימת החומר ולנזק פני השטח.

האיור שלהלן מציג את המאפיינים הלא אחידים של מגע משטח נושא: שטח המגע בפועל קטן בהרבה מהשטח הנומינלי, והעומס מרוכז בכמה אזורי מיקרו, מה שמוביל למצבי מתח מקומיים גבוהים- ועיוות פלסטי. מגע לא אחיד זה הוא גורם המפתח הגורם לתנודות במקדם החיכוך.