2.1 接觸面內(nèi)嵌

此外，螺紋之間也存在內(nèi)嵌，如螺栓和螺母之間或螺栓和內(nèi)螺紋之間。

那么內(nèi)嵌量一般多大呢？根據(jù)相關(guān)研究，內(nèi)嵌主要受表面粗造度影響。

對于磨削表面：

對于車削表面：

δmax為內(nèi)嵌的最大量。hmax1和hmax2為相互接觸表面的粗糙度。

內(nèi)嵌會導(dǎo)致多大的夾緊力衰減呢？

松弛系數(shù)的計算公式如下：

其中Z是松弛系數(shù)，KB是螺栓的彈簧常數(shù)，KC是被連接件的彈簧常數(shù)，Z的含義是聯(lián)接產(chǎn)生一個單位的總彈性變形量所需要的螺栓軸向預(yù)緊力。

預(yù)緊力的損失（ΔF）計算公式如下：

上式反應(yīng)了產(chǎn)生δ的內(nèi)嵌，軸向夾緊力的損失量。

因此，如何減少軸向夾緊力的衰減，就可以從松弛系數(shù)Z和內(nèi)嵌量兩個角度來優(yōu)化了。螺栓的彈簧常數(shù)KB越小，被連接件的彈簧常數(shù)KC越小，Z越小，軸向夾緊力的損失（ΔF）則越小。

聯(lián)接接觸表面的粗糙度越小，δmax則會越小，預(yù)緊力的損失（ΔF）則越小。

材料蠕變是指材料在恒溫、恒定載荷長期作用下緩慢的產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形的一種現(xiàn)象。預(yù)緊后的螺栓始終處于拉伸狀態(tài)，被連接件處于壓縮狀態(tài)，其零件的變化狀態(tài)如下圖所示，螺栓的伸長和和被連接件的松弛會造成預(yù)緊力的降低。

為了降低連接件因蠕變導(dǎo)致的預(yù)緊力損失。可從兩個角度優(yōu)化，一是減低連接件的使用溫度，高溫下的零件蠕變速度更快。二是避免使用易蠕變的材料，橡膠、樹脂等有機(jī)材料、鋅合金、鎂合金等材料，這些材料常溫下就會發(fā)生蠕變，如果零件還承受壓應(yīng)力，這些材料會發(fā)生蠕變并導(dǎo)致螺栓擰緊一段時間后發(fā)生較嚴(yán)重的松動。

當(dāng)螺栓與被聯(lián)接件的熱膨脹系數(shù)不同時，螺栓擰緊后，當(dāng)聯(lián)接系統(tǒng)的溫度發(fā)生變化時，螺栓的軸向力也發(fā)生變化，如一個奧氏體不銹鋼螺栓和碳鋼制造的被聯(lián)接件組成的聯(lián)接系統(tǒng)，因為不銹鋼的熱膨脹系數(shù)較大，在高溫下，螺栓會發(fā)生更大的膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致軸向預(yù)緊力降低。

再例如一個碳鋼制造的螺栓和鋁合金被連接件組成的聯(lián)接系統(tǒng)（目前輕量化聯(lián)接中鋁合金應(yīng)用廣泛），因為鋁合金的熱膨脹系數(shù)高，因此軸向預(yù)緊力有增大的趨勢，雖然夾緊力沒有衰減，但可能會因為夾緊力增大導(dǎo)致支撐面壓潰等失效。此外，溫度的高低變化會導(dǎo)致聯(lián)接系統(tǒng)的夾緊力一直發(fā)生變化。

而解決因為熱膨脹導(dǎo)致的夾緊力變化的方法是盡可能采用熱膨脹系數(shù)相近的材料。如鋁合金的被聯(lián)接件，使用溫度相對較高時，可采用鋁合金螺栓進(jìn)行連接。下表給出了常用材料的熱膨脹系數(shù)，供各位老鐵在設(shè)計聯(lián)接系統(tǒng)中參考。

螺紋連接系統(tǒng)在振動載荷下，接觸過程中會出現(xiàn)微動磨損，磨損會產(chǎn)生一些粉末。接觸面磨損過程中，表面凸起的部分會逐漸被磨平，造成聯(lián)接件的厚度會發(fā)生變化。

相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)軸向預(yù)緊力越小，其磨損量越大，軸向預(yù)緊力損失越大。

因此，為減少因微動磨損導(dǎo)致的夾緊力下降，可采用以下措施：使用相對耐磨的材料、增加接觸面的面積、降低松弛系數(shù)Z（如采用較長的螺栓）。

常見加載的螺紋連接系統(tǒng)中的載荷有剪切載荷、扭轉(zhuǎn)載荷和拉伸載荷。相關(guān)研究表明，對夾緊力影響最大的是剪切載荷，扭轉(zhuǎn)載荷次之，影響最小的是拉伸載荷。

下圖為某個連接件承受橫向載荷時夾緊力的變化，從軸力可以看出，從靜置的最初階段，夾緊力有明顯的減低，其主要的原因為材料的內(nèi)嵌。當(dāng)加載橫向載荷時候，軸力有明顯的降低，而當(dāng)卸載橫向載荷后，螺栓的夾緊力恢復(fù)至原水平，這也說明該擰緊仍處于彈性階段。