至关重要的是,PTFE涂层的低摩擦意味着实现相同的夹紧力所需的拧紧扭矩更低。 由于PTFE极大地减少了螺纹和紧固件头部下方必须克服的摩擦,施加的旋转能量中更大比例被直接转化为有用的螺栓拉力。对PTFE涂层紧固件应用标准扭矩规格将导致危险的过度拧紧。
核心问题在于扭矩不是目标——夹紧力才是。PTFE涂层从根本上改变了您用扳手施加的扭矩与螺栓中产生的拉力(夹紧力)之间的关系,因此必须使用调整后的扭矩值以防止部件失效。
扭矩与夹紧力的物理学
要理解PTFE的影响,您必须首先区分施加的力和想要达到的结果。
拧紧扭矩实际上做了什么
拧紧螺栓是将旋转力(扭矩)转化为线性拉力的过程。这种拉力像一个坚硬的弹簧一样拉伸螺栓,产生将连接件固定在一起的夹紧力。
然而,您施加的扭矩并非全部用于产生这种有用的夹紧力。
摩擦的巨大作用
在标准的未涂层钢制紧固件中,高达85-90%的施加扭矩仅仅被用于克服两个摩擦源:螺纹中的摩擦和转动螺栓头部或螺母下方的摩擦。
只有剩余的10-15%的扭矩才能真正产生螺栓拉力或预紧力。
PTFE涂层如何改变等式
PTFE(聚四氟乙烯)是固体中摩擦系数最低的材料之一,通常约为0.1。
当应用于紧固件时,这种涂层极大地减少了因摩擦而浪费的能量。这意味着施加的扭矩中更大比例的扭矩转化为有效的夹紧力。
对紧固件的实际影响
扭矩到拉力的这种变化对任何装配过程都有直接影响。
更小的扭矩实现相同的夹紧载荷
由于很少有能量因摩擦而损失,因此需要显著降低的扭矩值才能将螺栓拉伸到其目标预紧力。这个过程变得更加高效。
例如,一个未涂层时需要100 ft-lbs扭矩的紧固件,在涂覆PTFE后可能只需要50 ft-lbs或更少的扭矩就能达到完全相同的夹紧力。
过度拧紧的关键风险
这种效率带来了重大的风险。如果技术人员对PTFE涂层紧固件使用未涂层紧固件的标准扭矩值,他们将无意中产生大量的过量拉力。
这种过度拧紧很容易使螺栓拉伸超过其屈服点,导致螺纹剥落、紧固件失效或被夹紧法兰和垫圈损坏。
理解权衡
使用PTFE涂层紧固件需要改变操作程序,但除了减少摩擦之外,它还提供了明显的优势。
优点:一致性和耐腐蚀性
PTFE涂层提供了一个光滑、一致的表面,最大限度地减少了未涂层紧固件中常见的摩擦变化。这使得整个连接的夹紧力更加可预测和准确。
此外,这些涂层提供了出色的耐腐蚀性,防止了咬合和卡死,简化了未来的拆卸。
挑战:依赖新的规格
主要的权衡是您不能使用标准的扭矩表。您必须获取并使用涂层紧固件制造商或合格工程来源提供的扭矩规格。
未能使用这些特定的、降低的扭矩值会抵消其优势,并引入灾难性故障的高风险。
为您的应用做出正确的选择
要有效地应用这些知识,您必须根据主要目标调整您的程序。
- 如果您的主要重点是连接完整性: 始终使用专门为所使用的PTFE涂层紧固件计算的扭矩规格。不要猜测或使用标准图表。
- 如果您的主要重点是防止部件失效: 切勿对涂层紧固件施加标准的、未涂层的扭矩值,因为这几乎肯定会导致危险的过度拉伸。
- 如果您的主要重点是装配效率: 请认识到PTFE涂层减少了拧紧所需的物理努力和时间,并且由于其抗咬合特性,通常允许重复使用紧固件。
通过了解摩擦和扭矩之间的直接关系,您可以利用PTFE涂层的显著优势,同时确保机械装配的安全性和可靠性。
摘要表:
| 方面 | 未涂层紧固件 | PTFE涂层紧固件 |
|---|---|---|
| 摩擦系数 | ~0.2 (钢对钢) | ~0.1 |
| 用于夹紧的扭矩百分比 | ~10-15% | ~50%或更高 |
| 使用标准扭矩的风险 | 正确的夹紧力 | 危险的过度拧紧 |
| 主要优势 | 标准程序 | 一致的夹紧力、耐腐蚀性 |
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