螺栓连接抗滑移系数的试验确定方法

孙孝博 张勇军 田堂冰

摘 要：高速铁路列车的结构设计中，螺栓连接被广泛采用，被连接部件可能为不同材料或不同表面处理方式。为保证螺栓连接计算的准确性，正确的螺栓连接抗滑移系数需要被确定。本文研究和阐述了一种螺栓连接抗滑移系数的试验确定方法。

关键词：高速铁路列车；螺栓连接；抗滑移系数

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.006

1 绪论

高速铁路列车的结构设计中，螺栓连接被广泛采用，被连接部件可能为不同材料或不同表面处理方式。例如为增大抗滑移系数，直接将被连接件表面按一定的粗糙度进行处理，得到较为粗糙的表面；也可以在被连接件之间增加表面进行粗糙處理的垫片。再例如铝材为防止与异种金属贴合，发生电化学腐蚀，表面进行了涂层处理。为保证螺栓连接计算的准确性，正确的螺栓连接抗滑移系数需要被确定。本文研究和阐述了一种螺栓连接抗滑移系数的试验确定方法。

2 试验原理 试验方法

抗滑移系数也就是力学中的静摩擦系数。

静摩擦力跟滑动摩擦力不一样，它不是一个定值，其值。对于静摩擦力，其产生原因是因为物体间有相对运动的趋势时，交错点间就会产生阻碍作用，相对运动趋势越大起阻碍作用的交错点的数量就会越多，阻碍作用就会越明显，所以此时的静摩擦力就会变大，直到物体开始相对滑动，静摩擦力变为滑动摩擦力。

最大静摩擦力比滑动摩擦力稍大，所以最大静摩擦力会比滑动摩擦力稍大些。最大静摩擦力与静摩擦系数和正压力成正比，，其中静摩擦系数比动摩擦系数稍大，因为当外力等于动摩擦力时，物体受力还是平衡的，要使物体运动，就必须增大外力。

一些常用材料之间的摩擦系数可以在相关技术文献中查到， 对于在现有技术资料中无法查到的特定材料，可以采用下面的试验方法来测定静摩擦系数，也就是螺栓连接中的抗滑移系数。

测定抗滑移系数的试件应由实际装车部件生产商加工，试件与所代表的部件应为同一材质、同一摩擦面处理工艺，使用同一性能等级和同一直径的高强度螺栓连接副，并在相同条件下运输、存放。

测定抗滑移系数的试验采用双面拼接试件，其型式如图1。

试件板面应平整、无油污，孔边、板边无飞边、毛刺。

按图所示进行试件组装，包括试件、压力传感器、紧固件，拧紧高强度螺栓，控制每个高强度螺栓的预紧力达到0.95～1.05P（P为高强度螺栓设计预应力），并记录预紧力实测值。

将试件装在拉力试验机上，使试件的轴线与试验机夹具中心线严格对中，在试件侧面画直线，方便观察试件是否发生滑动。然后进行拉力试验，平稳加载，加载速度为3～5kN/S，拉至滑动，测得滑动载荷N。

在试验中发生以下情况之一时，认为达到滑动载荷：

a.试验机发生回针现象；

b.X-Y记录仪中变形发生突变；

c.试件侧面划线发生错动。

抗滑移系数计算方法：

式中：f-抗滑移系数；

F-由试验机测得的滑移载荷；

n-摩擦面数 n=2；

-与试件滑动载荷对应一侧的高强度螺栓预紧力实测值之和（取三位有效数字）kN。

3 试验确定抗滑移系数实例

下面是一个使用上述方法确定被螺栓连接的两个不同零件表面之间抗滑移系数的工程实例。

动车组车体为铝合金型材焊接结构，车下设备由螺栓吊装。经螺栓连接结构计算，此处贴合面之间的静摩擦系数应至少达到0.4。车体与设备螺栓安装贴合处均为底漆表面，已知底漆表面之间的静摩擦系数为0.3，为达到要求的摩擦系数，在车体与设备之间添加表面加工出一定粗糙度的不锈钢垫板。为测得底漆表面与具有一定粗糙度的不锈钢表面间的具体摩擦系数，进行如下试验。

制备试件，试件材质及表面处理方式与实际产品相同。将试件、压力传感器、紧固件进行组装，高强度螺栓按照规定扭矩打紧，从数显表中读出压力传感器测得的螺栓预紧力值，进行记录。将试件中心线与拉力机夹钳中心对齐，固定到拉力机上。拉力机逐步施加拉力，待试件发生滑动时，停止施加拉力，在整个拉伸过程中可以通过显示表监控拉力值。共进行了四组样件的试验，记录每组的试验测得数据。根据公式计算得到各组的抗滑移系数见下表。

由试验结果可以确定，螺栓安装贴合面由“底漆-底漆”更改为“底漆-一定粗糙度不锈钢垫板-底漆”之后，将抗滑移系数由0.3提高到0.4之上，满足设计的要求。

4 结论

本文阐述的试验确定方法，能够有效地确定不同材料表面之间的螺栓连接抗滑移系数，为螺栓连接结构设计提供了准确的输入参数，保证了能够设计出稳定可靠的产品，具有较大的实际工程应用价值。

参考文献：

[1]蔡春源.机械零件设计手册第三版[M].北京：冶金工业出版社，1995.

[2]TB 2137-90.铁路钢桥栓接板面抗滑移系数试验方法[S].

[3]VDI 2230-2003.高强度螺栓连接系统计算[S].

[4]DIN 25201-2015 铁路车辆及其组件的设计准则螺栓连接[S].