扭矩数据的采集与运用

张贵江

摘要：随着汽车行业的不断发展，当今的汽车已经由成千上万个零部件组成。作为零部件之间的桥梁，螺纹连接已经成为汽车制造行业最为普遍的连接方式之一，汽车的质量往往取决于连接的质量。随着顾客对质量的要求越来越高，为了确保整车出厂质量，汽车制造企业需要建立可靠的扭矩系统。

关键词：扭矩分配；静态扭矩；动态扭矩；采集

一、拧紧基本技术

（一）拧紧541法则

图1-1所示为两个部件通过螺栓连接所产生的各种类型的“力”，根据分析可知，施加在螺栓上的力有张力（夹紧力的反作用力）、螺栓头下的摩擦力、螺纹副摩擦力

若施加在螺栓头的力矩为T，则螺栓头下的摩擦力=0.5T，螺纹副摩擦力=0.4T，夹紧力=0.1T，即拧紧541法则。

实际装配过程中，我们想要得到的是工件之间的夹紧力，由此我们可以反向推出施加在螺栓头上的力矩。

（二）连接特性分类

根据螺栓连接的特性，一般分为三类：硬连接、中性连接、软连接。

硬连接是指从螺栓与工件贴合开始，继续转动角度<30°达到目标扭矩的紧固连接；软连接是指自贴合点开始继续转到角度>720°达到目标扭矩的紧固连接；中性连接是介于30°到720°直接的紧固连接。

然而在实际运用中，“贴合点”是很难去界定的。一般来讲，可以把贴合点按照5%的目标扭矩来进行测算。

在实际运用中，不管是硬连接还是软连接，都会随时间的推移而发生衰减，而软连接的衰减尤其严重，其中60%-70%的衰减发生在极短的时间内（<30毫秒）。

二、扭矩数据采集

（一）扭矩分类

根据螺栓在紧固过程中不同的阶段，扭矩值可以分为动态扭矩和静态扭矩。动态扭矩是指螺栓在紧固过程中的终值（峰值），其是在扭矩施加的过程中同步测量的值；静态扭矩是指完成扭矩施加后，使用测量工具测量得到的扭矩值。

（二）動态扭矩的测量

一种动态扭矩测量工具，其主要有扭矩传感器和显示器组成。将扭矩传感器一端与动态扭矩施加工具（如扭矩扳手）连接，一端与螺栓连接，在施加扭矩的过程中，传感器会监测扭矩值，显示器会存储并显示峰值。

（三）静态扭矩的测量

静态扭矩的测量工具主要分为指针式扳手及电子式测量仪。静态扭矩测量，实际是希望得到螺栓的再启动扭矩，在测量过程中，测量值会逐渐上升，首先克服比再启动扭矩更大的摩擦力，然后扭矩会降低，直到螺栓再启动。如果使用指针式扳手测量，由于指针永远将停在整个测量过程的峰值位置，由此可以判断其测量的实际值为克服摩擦力的值，而不是再启动扭矩，因此使用指针扳手测量静态扭矩缺乏科学性。实际生产运用中，为了降低检测工具成本，往往使用指针扳手进行测量，用以判断过程是否稳定。

电子式的扭矩测量仪，其可完成自动分析，避开静态扭矩测量中的峰值，获得需要的再启动扭矩，因此使用电子式测量仪获得的扭矩相对科学。

三、扭矩数据运用

（一）CPK计算

在实际生产过程中，动态扭矩数据的重要运用之一则是用以评价过程能力SPC（统计过程控制）。通过采集到的数据，运用Minitab等软件进行CPK的计算。

CPK过低，其不良率较高，产品质量缺陷多；CPK较高，不良率低，但往往需要投入的成本较高。

（二） CPK数据分析

运用Minitab软件计算CPK，最终得到的是正太分布图。一般来讲，如果CPK数值不理想，主要有两个原因：数据离散、数据偏移。

数据离散是指数据在规格范围内的分布程度。如果3-1所示，规格上限为20，规格下限为10，由于数据几乎分布在10-20的所有区间，因此其CPK较低。

数据的偏移是指数据偏移规格中心的程度。规格上限为20，规格下限为10，由于数据中心约为17，与规格中心15发生了较大偏移，因此其CPK较低。

如果出现上述两种情况，则需要对数据进行分析改进。如果是数据的偏移，则可以从诸如调整扭矩设定值方面进行改进，如果是数据离散，可以从诸如扭矩施加一致性、测量方法等方面进行分析。

（三）静态扭矩数据运用

由于衰减及摩擦的原因，静态扭矩与动态扭矩存在差异。一般来说，在软连接中由于衰减的原因静态扭矩会低于动态扭矩，在硬连接中由于螺栓头摩擦的原因静态扭矩会比动态扭矩大。

四 结束语

扭矩连接是当下最为普遍的连接方式之一。掌握扭矩连接的特性，采取合理的方式确保扭矩控制有效性。实施过程中对扭矩数据进行监控，并对采集的数据进行分析，为扭矩控制提升提供依据，持续改善扭矩控制能力，提升产品输出质量。

参考文献

[1]李同科，简学利。《动、静态扭矩在汽车装配扭矩中的运用》，汽车工艺与材料， 2010， 第10期

[2]曾慧。《谈静态扭矩开发》，企业科技与发展 ，2011年第18期（总第312期）。endprint