（南京高速齿轮制造有限公司 南京 210000）
摘要：风电齿轮箱常用的螺栓为高强度螺栓，螺栓的安装质量关乎整个齿轮箱运转的可靠性。扭矩法安装螺栓简单方便，但安装后螺栓预紧力大小存在不确定性和一定的离散性，结合齿轮箱螺栓的实际安装情况，对螺栓的安装、影响因素等方面进行分析与探讨。
关键词：扭矩系数；影响因素
随着近年风力发电的蓬勃发展，风电齿轮箱也在加快大型化的趋势，尤其是随着海上风电的推进，齿轮箱的单机功率已经突破10MW，这对齿轮箱上关键零部件的可靠性也提出了新的挑战。高强度螺栓，作为齿轮箱密封面连接的重要组成部分，其安装质量备受关注，如何准确、稳定的控制其预紧力是每个厂家研究的关键。目前螺栓安装主要有扭矩法、转角法、拉伸法3种方式[1]。本文就目前最常用的扭矩拧紧法进行探讨，并对其影响因素加以简单分析。
1拧紧扭矩与预紧力关系分析
扭矩与轴向力的关系公式为：
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式中，Ff-------拧紧扭矩 Ff--------螺栓轴向预紧力
K-------扭矩系数 d-------螺纹公称直径
从上式中，可以看出当螺栓规格、拧紧力矩一定时，螺栓的轴向预紧力主要受扭矩系数的影响，扭矩系数与轴向力呈一定的反比，扭矩系数K过大，螺栓在拧紧过程中预紧力不足，即所谓的‘欠拧’，结合面就达不到足够的压紧力，随着齿轮箱的运转，结合面出现漏油的风险很大；如果扭矩系数K过小，螺栓在拧紧过程中很容易出现‘过拧’情况，即预紧力过大超过螺栓的屈服强度，导致螺栓发生塑性变形，甚至断裂。
为获得稳定且理想的轴向预紧力，需要控制螺栓的扭矩系数在一个合理范围内[2]，美国、德国、日本建议普通螺栓的扭矩系数K=0.15-0.2[3]，DIN EN14399-4标准中给出高强度螺栓扭矩系数k=0.10-0.16，这些范围相对较大，也相对较为离散，且齿轮箱螺栓实际装配过程中，不同工艺会影响实际的扭矩系数[4]，建议根据实际测量值来确定扭矩系数。
2扭矩系数的实际测量方案
为了得到准确的扭矩系数，实测螺栓的拉伸力和拧紧力矩，方案如下：测量螺栓拉伸力的压力传感器安装在结合面之间，所用螺柱、螺母、垫圈应为同一厂家同一批次，以减少螺栓制造精度和粗糙度对扭矩系数的影响，每种方案采取10件样本，用最大值、最小值、平均值评判扭矩系数的稳定性。
3扭矩系数的影响因素探讨
螺栓在安装过程中，会采用不同工艺方案，试验数据如下：
表1 不同方案扭矩系数K测试结果
从扭矩系数K平均值来看，从大到小依次为：
清洗＞清洗+涂胶乐泰277＞未清洗＞清洗+涂胶乐泰243＞螺纹部涂脂＞全涂脂
从标准差来看，扭矩系数K的一致性排序为：
清洗＞未清洗＞清洗+涂胶乐泰277＞清洗+涂胶乐泰243>螺纹部涂脂＞全涂脂
对比清洗和不清洗方案，可以发现，清洗后，扭矩系数变大且更加离散，这是因为螺栓表面的防锈油被洗掉，导致摩擦系数变大，扭矩系数升高。同时，螺纹加工精度的差异对结果影响就更加明显。
对比清洗和清洗后涂润滑脂方案，可以发现螺栓在涂抹润滑脂后扭矩系数明显降低，且全润滑效果要好于半润滑效果， 这是因为全润滑后，降低了螺纹副和垫片支撑面摩擦系数，扭矩系数也相应降低。
对比清洗和清洗后涂胶方案，可以发现，清洗后涂胶，扭矩系数会降低，两种粘度不同的胶，会导致扭矩系数也不相同。
综合我们上述的试验方案，结合齿轮箱密封面上需要的压紧力，我们选择了螺纹副最终的润滑方式，重新制定了拧紧力矩，确保齿轮箱使用过程中结合面压紧力足够，大幅降低了结合面漏油的风险。
4结束语
螺栓在安装过程中，应注意以下几点：1）在实际装配过程中需要实测螺栓的扭矩系数与轴向预紧力，作为齿轮箱扭矩设定的标准，而不应该盲目遵循手册。
2）螺栓安装过程中，需要考虑螺栓的防松，在使用防松紧固螺纹胶时，应根据螺纹胶的粘度等性能，区分最终的拧紧扭矩。
3）螺纹副、螺母、垫片等部位使用润滑脂时，会产生不同的扭矩系数，为防止螺栓被拧断，应根据涂抹润滑脂的具体区域，来重新设定拧紧力矩。
在螺栓安装过程中应对操作人员进行系统的培训，严格按照操作规范和执行标准，尽可能减少影响扭矩系数的因素，只有这样才能保证螺栓轴向预紧力在设计要求的可控范围内，才能保证结合面连接的可靠性。
参考文献
[1]荣飞.螺栓紧固的扭矩系数与标准偏差[J].中国设备工程,2016(02):42-44.
[2]张亮亮,王玉林.扭矩法与扭矩/转角法预紧力的计算及对比研究[J].内燃机与配件,2016(01):7-8.
[3]王志礼. 基于动态检测的螺纹拧紧设备的研制[D].合肥工业大学,2007.
[4]郑劲松. 发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究[D].上海交通大学,2008.