Page 18 - 《摩擦学学报》2020年第5期

第 5 期 胡华民, 等: 横向交变载荷下TiCN/MoS 2 涂层螺栓的防松性能研究 573

Fe Fe
Point A
A
O Fe
C
Intensity Fe Point B Fe

B
O
C Fe
200 μm 50 μm 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Energy/keV
(a) Uncoated bolt/nut

C MoS Point A
O Fe Ti Ti Fe Fe
Point B Fe
Fe
A C O Ti Fe
Intensity Ti Point C
B
CO MoS Ti
C Fe
MoS Point D
D CO
Fe Ti Ti Fe Fe
200 μm 50 μm 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Energy/keV
(b) Composite coated bolt/nut

Point A Fe
C O Fe MoS Ti Fe
Ti Point B
A
Intensity CO Ti Fe
B
C MoS
Point C
C O Fe MoS Ti Fe Fe
D
MoS Ti Point D
C O Fe Ti Fe Fe
200 μm 50 μm 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Energy/keV
(c) Composite coated bolt/uncoated nut
Fig. 4 SEM micrographs and EDX images of thread surfaces (P 0 =18 kN)
图 4 螺栓螺纹表面形貌的SEM照片和EDX成分(P 0 =18 kN)

3
材料的塑性变形；第二阶段(循环次数N=1×10 ~2× 拉应力不超过材料屈服强度的50%~70%. 螺纹表面复
4
10 次)：螺栓轴向力缓慢下降，其原因是螺纹接触面间 合涂层具有较小的摩擦系数，能降低摩擦力矩引起的
的微动磨损. 复合涂层螺栓松动程度及其分散性小于 切应力. 因此，在相同等效应力状态下，可适当提高预
无涂层螺栓，说明复合涂层螺栓连接结构具有良好的 紧力. 根据第四强度理论，螺纹根部的等效应力σ 可表
e
稳定性，且复合涂层螺栓/无涂层螺母配合时松动程度 示 为
[14]
最小，约为4%. 在连接结构松动过程的第一阶段，由 √
2
σ e = σ +3τ 2 t (2)
于复合涂层中MoS 涂层硬度较低，在拧紧过程中去除 a
2
了螺纹表面的微凸体，螺纹间的接触面积增大，塑性 式中：σ 是初始预紧力产生的拉应力；τ 是摩擦力矩产
a
t
变形降低，螺栓连接结构的松动程度减小；在连接结 生的切应力.
构松动过程的第二阶段，由于MoS 具有自润滑效果， 4P 0
2
σ a = 2 (3)
螺纹表面的微动磨损减轻，螺栓连接结构的松动程度 πd 1
降低. 综上可知，复合涂层螺栓具有良好的防松性能. ( P )
d 2
8P 0 µ t +
2.2 预紧力优化下TiCN/MoS 涂层螺栓连接结构 M t d 1 cosα π
2
τ t = = (4)
的松动行为 2I p πd 1 3
根据机械设计手册，一般规定螺栓预紧后产生的 式中：P 为螺栓初始预紧力；d 为螺纹小径；M 为螺纹
1
t
0