扭矩檢定分析
扭矩檢定分析
目前，手工定量控制螺栓擰緊的方法是使用扭矩扳手來擰緊，控制螺栓擰緊過程的目的是使螺栓的軸向拉伸力恰到好處，并以此達(dá)到螺紋副的可靠聯(lián)接。因此，扭矩的控制在各種機(jī)械類、電子類產(chǎn)品的開發(fā)研究、測(cè)試分析、質(zhì)量檢驗(yàn)、型式批準(zhǔn)、定型鑒定和節(jié)能、安全或優(yōu)化控制等工作中成為必不可少的內(nèi)容，也使得定期的扭矩測(cè)量和檢定十分必要。
然而，許多企業(yè)都是將扭矩扳手送給第三單位來做檢定，那么扳手有問題就可以馬上自行檢查，更重要的是，當(dāng)扭矩扳手使用頻率較大、需要經(jīng)常性的檢定時(shí)，可以獲得更多的便利。
企業(yè)方不愿自行檢定扭矩扳手，究其原因，除了測(cè)試儀的高昂成本外，主要還是害怕操作復(fù)雜的測(cè)試儀設(shè)備。在此，本文將主要闡述扭矩檢定的*知識(shí)、實(shí)際操作以及注意事項(xiàng)。
一、扭矩檢定*知識(shí)
1．扭矩*知識(shí)
（1）扭矩的定義
作用在物體上偏離旋轉(zhuǎn)中心的地方、使物體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向的變形或可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力和長(zhǎng)度的復(fù)合作用，稱之為力矩或扭矩。物體在扭矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)的中心成為矩心，矩心到力作用線的垂直距離稱為力臂，則扭矩M等于力F和力臂L的乘積。使物體順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩為正，反之為負(fù)。如圖1中M1=F1L1，M2=F2L2 。
（2）扭矩的分類
扭矩扳手按所使用的動(dòng)力源，一般分為手動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓四大類：手動(dòng)基本上指手動(dòng)扳手；氣動(dòng)是以壓縮空氣為動(dòng)力的；電動(dòng)是指交、直流電都可以作為電源的；液壓類的與氣動(dòng)類似，但液壓源是由液壓油提供。
按工作原理分類，扭矩扳手可分為指示式和定值式兩大類，指示式可細(xì)分為數(shù)顯式和指針式，定值式可細(xì)分為機(jī)械定值式（又稱預(yù)置式）和電子定值式。
扭矩扳手按其狀態(tài)又可分為靜態(tài)扭矩和動(dòng)態(tài)扭矩兩大類：靜態(tài)扭矩是指不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)扭矩值不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間變化很小和很緩慢的扭矩，包括靜止扭矩、恒定扭矩、緩變扭矩和脈動(dòng)扭矩；動(dòng)態(tài)扭矩是指扭矩值隨時(shí)間變化很大和很快、甚至換向的扭矩，包括振動(dòng)扭矩、隨機(jī)扭矩和過度扭矩。報(bào)響式扳手又稱預(yù)置式扳手，屬于定值式類，這類扳手可分為機(jī)械定值式和電子定值式。
2．扭矩檢定儀的選擇
扭矩測(cè)試儀基本上是為了檢定扭矩扳手及向光扭矩設(shè)備而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，扭矩追溯系統(tǒng)中屬于中間銜接部分，故對(duì)扭矩測(cè)試儀必須要有以下基本要求：合格的扭矩精度等級(jí)、完整的扭矩檢定報(bào)告、完整的檢定追溯系統(tǒng)和符合實(shí)驗(yàn)室的高要求質(zhì)量，如圖2所示。
（1）分辨力
對(duì)扭矩扳手檢定儀的分辨力，一般要求是：指針式*小分度值應(yīng)Mmax A/200，A為準(zhǔn)確度等級(jí)的等級(jí)數(shù)；數(shù)字式的*小有效數(shù)字增量應(yīng)MmaxA/1000且為1、2、5、乘以10的整數(shù)次方，A為準(zhǔn)確度等級(jí)的等級(jí)數(shù)；例如0.5級(jí)、額定扭矩為1000N.m的數(shù)顯扭矩扳手檢定儀的有效*小數(shù)字增量不大于0.05N.m。
（2）量程
扭矩扳手一般的工作范圍是測(cè)量上限值得20%至測(cè)量上限值，部分測(cè)量下限高于測(cè)量上限的20%，工作范圍從測(cè)量下限開始。新制造和修理后的扭矩扳手應(yīng)以測(cè)量上限值的120%加載值進(jìn)行超負(fù)荷試驗(yàn)。
因此，扭矩扳手檢定宜選用的量程上限一般是北側(cè)扳手*大額定扭矩的20%；其給出標(biāo)準(zhǔn)扭矩值的擴(kuò)展不確定度為被檢扳手準(zhǔn)確度等級(jí)的1/3～1/10，或檢定儀的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)優(yōu)于被檢扳手準(zhǔn)確度等級(jí)的1/3；特殊的扭矩扳手檢定儀不受次限制，但起點(diǎn)不得小于*大扭矩之的5%，且分辨力足夠、延伸范圍經(jīng)檢定合格。
（3）個(gè)案例舉
針對(duì)預(yù)置式扭矩扳手，在選用檢定裝置時(shí)，由于其本身精確度等級(jí)為3～10級(jí)，按量傳體系的三倍關(guān)系，應(yīng)選用準(zhǔn)確度等級(jí)至少為2級(jí)，通常為1級(jí)的扭矩檢定裝置。
與此同時(shí)，根據(jù)扭矩扳手的檢定規(guī)程對(duì)扭矩測(cè)量?jī)x分辨力的要求，應(yīng)事先確定所選用的測(cè)量裝置各量程的分度值符合要求：檢定儀必須具備峰值保持功能，應(yīng)具有足夠的響應(yīng)速度，*好還應(yīng)具有能保持扳手處于正確的檢定方位和加載作用點(diǎn)可調(diào)的功能。
二、扭矩檢定的實(shí)際操作
（1）準(zhǔn)備工作
為了確保數(shù)據(jù)真實(shí)，檢定前應(yīng)作檢定裝置和扳手的外觀檢查，確定無誤。扭矩扳手檢定裝置應(yīng)在預(yù)熱和預(yù)扭后調(diào)整零位，扭矩扳手應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放置足夠長(zhǎng)的時(shí)間按達(dá)到等溫度要求，在三次預(yù)扭后調(diào)好零位，扭矩扳手預(yù)扭后調(diào)好零位等再開始檢定，數(shù)顯扭矩扳手也應(yīng)預(yù)熱。
另外，嚴(yán)格地說，扭矩扳手的檢定的工位（指扳手桿身處于水平位置或垂直位置）也是由要求的，在什么位置使用就應(yīng)什么位置檢定，對(duì)某些初始零位不很確定的指針扳手或數(shù)顯扳手更應(yīng)這樣，并且檢定裝置應(yīng)具有完整的加載定位機(jī)構(gòu)，幫助固定扳手的檢定位置。
（2）基本操作過程
按照扳手的額定值正確選擇檢定裝置的量程，開機(jī)預(yù)熱后，將外觀檢查正常的扳手在檢定裝置上按額定值預(yù)扭三次；取下扳手，調(diào)節(jié)好檢定裝置的零位并選用其峰值保持功能，手動(dòng)設(shè)置扭矩扳手的預(yù)置值為檢定點(diǎn)，將扳手正確安裝在檢定裝置上預(yù)扭三次，按照選定的檢定點(diǎn)平穩(wěn)施加扭矩到發(fā)出聽覺或其它指示信號(hào)后立即停止加載、卸除載荷使扳手恢復(fù)常態(tài)，讀出和記錄各點(diǎn)的指示值，至少三次反復(fù)該過程完成該點(diǎn)的檢定，重新設(shè)置下一個(gè)檢定點(diǎn)重復(fù)以上過程知道完成全部檢定。
其中，在檢定指針式扭矩扳手的過程中，應(yīng)首先保證雙眼平視會(huì)聚于指針的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變體位，確保對(duì)指針與度盤刻線重合位置的判讀正確；其次，保證對(duì)零操作的位置正確，也就是保證使用位置與檢定位置與零位置三者一致；同時(shí)，確保對(duì)零到位；再就是及時(shí)讀書確保記錄的檢定之余扳手指針的位置對(duì)應(yīng)正確。
為保證這一點(diǎn)，應(yīng)使用具有穩(wěn)定慢速加載功能的檢定加載機(jī)構(gòu)。檢定順序從小扭矩值至大扭矩值，每點(diǎn)每次需間隔5s以上，在檢定完每點(diǎn)每次的數(shù)值，需將力量完全釋放，再做下一次（需注意每點(diǎn)扭矩值之重復(fù)度不可誤差太大）。
（3）個(gè)案例舉
手動(dòng)示值式扭矩扳手在檢定時(shí)，則應(yīng)按照扳手的額定值正確選擇檢定裝置的量程，開機(jī)預(yù)熱后，將外觀檢查正常的扳手在檢定裝置上按額定值預(yù)扭三次；取下扳手，按檢定工位分別調(diào)節(jié)好扳手和檢定裝置的零位，將扳手正確安裝在檢定裝置上，按照選定的檢定點(diǎn)施加扭矩到檢定值，讀出和記錄各點(diǎn)的指示值，逐級(jí)施加扭矩到額定值后，卸除加載，并檢查扭矩扳手的指示回零情況；重新調(diào)整零位后重復(fù)以上步驟進(jìn)行第二次檢定，此過程至少進(jìn)行三次。
注：指針式有從動(dòng)指針的必須帶從動(dòng)指針進(jìn)行檢定。雙向扭矩扳手應(yīng)進(jìn)行雙向檢定，同樣要進(jìn)行反向預(yù)扭三次在按上述步驟進(jìn)行反向的檢定。
三、扭矩檢定的注意事項(xiàng)
（1）允許誤差
數(shù)字式扭矩扳手的*小數(shù)字增量不得大于在額定值的20%處允許誤差值的1/2。例如，額定扭矩100N.m二級(jí)數(shù)顯扳手，其額定值的20%處為20N.m，該點(diǎn)允許誤差值為0.4N.m，故該版收的*小分度即*小數(shù)字增量為0.2N.m。
（2）回零誤差
扭矩扳手的回零誤差，指針式應(yīng)不大于0.2個(gè)分度，數(shù)字式應(yīng)不超過±1個(gè)字。
（3）個(gè)案例舉
報(bào)響式扳手（又稱預(yù)置式扳手）在檢定時(shí)，需注意：扭矩設(shè)定器應(yīng)靈活可靠、并能設(shè)定到所需扭矩值；當(dāng)施加扭矩值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能準(zhǔn)確發(fā)出聽覺或其他信號(hào)；每個(gè)檢定點(diǎn)設(shè)置后，應(yīng)預(yù)扭報(bào)響三次，然后進(jìn)行檢定讀數(shù)，所用的標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)具有快速響應(yīng)和峰值保持功能。
（4）檢定周期
扭矩扳手的檢定周期應(yīng)主要按照扳手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用頻度綜合確定：普通扳手短則一個(gè)月、*長(zhǎng)不得超過一年（一年通常只是用于指針式和數(shù)字式扳手）；電動(dòng)和氣動(dòng)扳手在使用要求高的場(chǎng)合應(yīng)每周甚至每天檢查一次；預(yù)置式扳手則要按照使用頻度通過細(xì)致監(jiān)控來確保能正常使用，一般連續(xù)使用不放松地檢定周期不應(yīng)超過3個(gè)月。
而對(duì)于新制造、改裝或修理后的扭矩扳手檢定儀而言，一般需進(jìn)行兩次檢定合格方準(zhǔn)使用。這兩次間隔時(shí)間為3個(gè)月，以后檢定合格周期延長(zhǎng)，但*長(zhǎng)不得超過1年。
四、結(jié)語(yǔ)
總之，雖然在扭矩檢定的實(shí)際操作中，仍然存在具體情況下的細(xì)節(jié)變數(shù)，但只要嚴(yán)格把握上述要點(diǎn)，相信對(duì)于一般情況下的扭矩檢定，企業(yè)是完全有能力自行處理的。
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