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            扭矩檢定實用探討
                    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,并以此達到螺紋副的可靠聯接。因此,扭矩的控制在各種機械類、電子類產品的開發研究、測試分析、質量檢驗、型式批準、定型鑒定和節能、安全或優化控制等工作中成為必不可少的內容,也使得定期的扭矩測量和檢定十分必要。
                    然而,許多企業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,當扭矩扳手使用頻率較大、需要經常性的檢定時,可以獲得更多的便利。
                    企業方不愿自行檢定扭矩扳手,究其原因,除了測試儀的高昂成本外,主要還是害怕操作復雜的測試儀設備。在此,本文將主要闡述扭矩檢定的專業知識、實際操作以及注意事項。
            一、扭矩檢定專業知識
            1.扭矩專業知識
            (1)扭矩的定義
                    作用在物體上偏離旋轉中心的地方、使物體產生旋轉方向的變形或可能產生轉動的力和長度的復合作用,稱之為力矩或扭矩。物體在扭矩作用下轉動的中心成為矩心,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。使物體順時針方向轉動的扭矩為正,反之為負。如圖1中M1=F1L1,M2=F2L2 。
            (2)扭矩的分類
                    扭矩扳手按所使用的動力源,一般分為手動、電動、氣動和液壓四大類:手動基本上指手動扳手;氣動是以壓縮空氣為動力的;電動是指交、直流電都可以作為電源的;液壓類的與氣動類似,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,指示式可細分為數顯式和指針式,定值式可細分為機械定值式(又稱預置式)和電子定值式。
                    扭矩扳手按其狀態又可分為靜態扭矩和動態扭矩兩大類:靜態扭矩是指不長的時間內扭矩值不隨時間變化或隨時間變化很小和很緩慢的扭矩,包括靜止扭矩、恒定扭矩、緩變扭矩和脈動扭矩;動態扭矩是指扭矩值隨時間變化很大和很快、甚至換向的扭矩,包括振動扭矩、隨機扭矩和過度扭矩。報響式扳手又稱預置式扳手,屬于定值式類,這類扳手可分為機械定值式和電子定值式。

            2.扭矩檢定儀的選擇
                    扭矩測試儀基本上是為了檢定扭矩扳手及向光扭矩設備而設計生產的,扭矩追溯系統中屬于中間銜接部分,故對扭矩測試儀必須要有以下基本要求:合格的扭矩精度等級、完整的扭矩檢定報告、完整的檢定追溯系統和符合實驗室的高要求質量,如下圖所示。
            (1)分辨力
                    對扭矩扳手檢定儀的分辨力,一般要求是:指針式最小分度值應Mmax A/200,A為準確度等級的等級數;數字式的最小有效數字增量應MmaxA/1000且為1、2、5、乘以10的整數次方,A為準確度等級的等級數;例如0.5級、額定扭矩為1000N.m的數顯扭矩扳手檢定儀的有效最小數字增量不大于0.05N.m。
            (2)量程
                    扭矩扳手一般的工作范圍是測量上限值得20%至測量上限值,部分測量下限高于測量上限的20%,工作范圍從測量下限開始。新制造和修理后的扭矩扳手應以測量上限值的120%加載值進行超負荷試驗。
                    因此,扭矩扳手檢定宜選用的量程上限一般是北側扳手最大額定扭矩的20%;其給出標準扭矩值的擴展不確定度為被檢扳手準確度等級的1/3~1/10,或檢定儀的準確度等級應優于被檢扳手準確度等級的1/3;特殊的扭矩扳手檢定儀不受次限制,但起點不得小于最大扭矩之的5%,且分辨力足夠、延伸范圍經檢定合格。
            (3)個案例舉
                    針對預置式扭矩扳手,在選用檢定裝置時,由于其本身精確度等級為3~10級,按量傳體系的三倍關系,應選用準確度等級至少為2級,通常為1級的扭矩檢定裝置。
                    與此同時,根據扭矩扳手的檢定規程對扭矩測量儀分辨力的要求,應事先確定所選用的測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,應具有足夠的響應速度,最好還應具有能保持扳手處于正確的檢定方位和加載作用點可調的功能。

            二、扭矩檢定的實際操作
            (1)準備工作
                    為了確保數據真實,檢定前應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在預熱和預扭后調整零位,扭矩扳手應在實驗室內放置足夠長的時間按達到等溫度要求,在三次預扭后調好零位,扭矩扳手預扭后調好零位等再開始檢定,數顯扭矩扳手也應預熱。
                    另外,嚴格地說,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什么位置檢定,對某些初始零位不很確定的指針扳手或數顯扳手更應這樣,并且檢定裝置應具有完整的加載定位機構,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,開機預熱后,將外觀檢查正常的扳手在檢定裝置上按額定值預扭三次;取下扳手,調節好檢定裝置的零位并選用其峰值保持功能,手動設置扭矩扳手的預置值為檢定點,將扳手正確安裝在檢定裝置上預扭三次,按照選定的檢定點平穩施加扭矩到發出聽覺或其它指示信號后立即停止加載、卸除載荷使扳手恢復常態,讀出和記錄各點的指示值,至少三次反復該過程完成該點的檢定,重新設置下一個檢定點重復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,應首先保證雙眼平視會聚于指針的轉動而改變體位,確保對指針與度盤刻線重合位置的判讀正確;其次,保證對零操作的位置正確,也就是保證使用位置與檢定位置與零位置三者一致;同時,確保對零到位;再就是及時讀書確保記錄的檢定之余扳手指針的位置對應正確。
                    為保證這一點,應使用具有穩定慢速加載功能的檢定加載機構。檢定順序從小扭矩值至大扭矩值,每點每次需間隔5s以上,在檢定完每點每次的數值,需將力量完全釋放,再做下一次(需注意每點扭矩值之重復度不可誤差太大)。
            (3)個案例舉
                    手動示值式扭矩扳手在檢定時,則應按照扳手的額定值正確選擇檢定裝置的量程,開機預熱后,將外觀檢查正常的扳手在檢定裝置上按額定值預扭三次;取下扳手,按檢定工位分別調節好扳手和檢定裝置的零位,將扳手正確安裝在檢定裝置上,按照選定的檢定點施加扭矩到檢定值,讀出和記錄各點的指示值,逐級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;重新調整零位后重復以上步驟進行第二次檢定,此過程至少進行三次。
            注:指針式有從動指針的必須帶從動指針進行檢定。雙向扭矩扳手應進行雙向檢定,同樣要進行反向預扭三次在按上述步驟進行反向的檢定。

            三、扭矩檢定的注意事項
            (1)允許誤差
                    數字式扭矩扳手的最小數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二級數顯扳手,其額定值的20%處為20N.m,該點允許誤差值為0.4N.m,故該版收的最小分度即最小數字增量為0.2N.m。
            (2)回零誤差
                    扭矩扳手的回零誤差,指針式應不大于0.2個分度,數字式應不超過±1個字。
            (3)個案例舉
                    報響式扳手(又稱預置式扳手)在檢定時,需注意:扭矩設定器應靈活可靠、并能設定到所需扭矩值;當施加扭矩值達到設定值時,應能準確發出聽覺或其他信號;每個檢定點設置后,應預扭報響三次,然后進行檢定讀數,所用的標準裝置應具有快速響應和峰值保持功能。
            (4)檢定周期
                    扭矩扳手的檢定周期應主要按照扳手的結構特點和使用頻度綜合確定:普通扳手短則一個月、最長不得超過一年(一年通常只是用于指針式和數字式扳手);電動和氣動扳手在使用要求高的場合應每周甚至每天檢查一次;預置式扳手則要按照使用頻度通過細致監控來確保能正常使用,一般連續使用不放松地檢定周期不應超過3個月。
                    而對于新制造、改裝或修理后的扭矩扳手檢定儀而言,一般需進行兩次檢定合格方準使用。這兩次間隔時間為3個月,以后檢定合格周期延長,但最長不得超過1年。

            四、結語
                    總之,雖然在扭矩檢定的實際操作中,仍然存在具體情況下的細節變數,但只要嚴格把握上述要點,相信對于一般情況下的扭矩檢定,企業是完全有能力自行處理的。

            注:本文轉自《機械工人》2006年第7期
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