在弄清螺栓拧紧之前要掌握影响螺栓拧紧的因素。高强度螺栓广泛应用于工程领域，其连接的效用取决于最初螺栓的拧紧程度。预紧力越大，连接越可靠；但过高的预紧力会导致连接面被压溃或螺栓被损坏。因此，准确的控制预紧力是尤为重要的。但是，在实际的工程应用中，很难直接控制预紧力，大部分情况都是通过控制拧紧力矩，来间接的控制预紧力。而两者之间的桥梁就是扭矩系数。

扭矩系数是由摩擦系数和螺纹常数共同决定。其中，螺纹常数主要取决于螺纹副的几何形状，螺栓的型号规格一旦确定，螺纹常数基本上是一个定值；而摩擦系数的影响因素较多。本文首先从理论上分析了扭矩系数与摩擦系数、摩擦系数与强度等级的关系，并利用德国Schatz公司研制的多功能螺栓紧固分析系统进行了实验。实验过程中改变螺栓的强度等级，设定相应的屈服扭矩，测量出螺栓拧紧过程中的夹紧力、螺纹副上的扭矩，相应的摩擦系数和扭矩系数。通过对实验结果的分析，得出了螺栓的强度等级对摩擦系数和扭矩系数的影响规律。

下面从两个角度进行理论分析：

1．摩擦系数对扭矩系数的影响

国家标准GB/T 16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》中明确指出，扭矩的计算公式为：

从式子（1）中得出：扭矩系数K值的大小决定了拧紧力矩转化为预紧力的多少。因此，扭矩系数K对螺栓拧紧过程中准确控制轴向力Ff是相当重要的。

从式子（2）中可以看出，扭矩系数K的影响因数有很多，主要包括：螺栓的几何尺寸、摩擦系数（螺旋副之间的摩擦系数和螺母头部与连接件之间的摩擦系数）以及连接孔的直径。但对标准的高强度螺栓而言，当选定好规格后，其直径、螺距、螺纹升角等都是定值；此情况下，只有摩擦系数对螺栓拧紧过程中的预紧力产生较大的影响。从图1可以清楚地发现，当施加相同的拧紧力矩时，而对于不同的摩擦系数，拧紧力矩转化成的轴向夹紧力大小是相差很大的。

图1 预紧力-扭矩关系图

因此，结合式子（1）（2）可得：摩擦系数是影响高强度螺栓扭矩系数的一个重要因素。当其它条件固定时，扭矩系数是摩擦系数的增函数，在常用的范围内，扭矩系数与摩擦系数呈同增减的趋势。

2 强度等级对摩擦系数的影响

2.1 强度等级对螺栓性能的影响

螺栓的强度等级是影响螺栓性能的一个重要的参数，其主要的性能如表1所示

表1 不同强度等级下的螺栓性能

从上表可以看出，随着强度等级的提高，螺栓的抗拉强度极限、屈服极限和布氏硬度都相应的增大。

2.2螺栓性能对摩擦系数的影响

在考虑螺栓性能对摩擦系数的影响之前，首先了解摩擦力的组成。机械加工后的表面，即使经过抛光处理，在显微镜下，固体表面由许多的波峰和波谷组成（见图2），其中凸起的单峰叫凸体，它的分布、尺寸和形状，对两表面的实际接触面积和之间的摩擦有重要影响。正是由于这种表面状态的限制，无论是螺纹副之间的摩擦力还是端面摩擦力，都是由两部分组成：分子部分和机械部分。

图2表面形貌图形

分子部分：对于固体表面分子，其内部是固体分子，外部是空气分子，两者对表面分子的作用力不对称，使得表面分子处于受力不平衡状态。当两个表面相互接触时，两个表面活跃的分子为达到平衡，彼此会产生一种吸附力，而这种吸附力与实际的接触面积有关；机械部分：由于加工过程中某些不确定因素的变化，两个表面上的凸体在尺寸、形状和分布上是不相同的。在压力作用下，两表面之间的部分凸体会彼此的压入或压平，这种现象不但发生在硬度和弹性模量不同的表面，即使硬度和弹性模量相同的两表面也是不可避免的。当两表面相互滑动时，会在接触面犁削出条形细槽，从而产生机械犁削力，而这个力的大小与条形深度有关。

经过上述分析可知，摩擦力是由克服其分子吸附力和机械犁削力组成的。当螺栓性能中抗拉强度极限和屈服极限的提高时，螺栓拧紧过程中夹紧力矩的设定通常依据其屈服强度，随屈服强度的增加而增加，因此，其对应的轴向夹紧力变大，分子间的吸附力和机械犁削力都相应增加，从而使摩擦力增加，进而改变了其摩擦系数。

下一章节将进行试验验证。。。。