扭矩數據的采集與運用

張貴江

摘要：隨著汽車行業的不斷發展，當今的汽車已經由成千上萬個零部件組成。作為零部件之間的橋梁，螺紋連接已經成為汽車制造行業最為普遍的連接方式之一，汽車的質量往往取決于連接的質量。隨著顧客對質量的要求越來越高，為了確保整車出廠質量，汽車制造企業需要建立可靠的扭矩系統。

關鍵詞：扭矩分配；靜態扭矩；動態扭矩；采集

一、擰緊基本技術

（一）擰緊541法則

圖1-1所示為兩個部件通過螺栓連接所產生的各種類型的“力”，根據分析可知，施加在螺栓上的力有張力（夾緊力的反作用力）、螺栓頭下的摩擦力、螺紋副摩擦力

若施加在螺栓頭的力矩為T，則螺栓頭下的摩擦力=0.5T，螺紋副摩擦力=0.4T，夾緊力=0.1T，即擰緊541法則。

實際裝配過程中，我們想要得到的是工件之間的夾緊力，由此我們可以反向推出施加在螺栓頭上的力矩。

（二）連接特性分類

根據螺栓連接的特性，一般分為三類：硬連接、中性連接、軟連接。

硬連接是指從螺栓與工件貼合開始，繼續轉動角度<30°達到目標扭矩的緊固連接；軟連接是指自貼合點開始繼續轉到角度>720°達到目標扭矩的緊固連接；中性連接是介于30°到720°直接的緊固連接。

然而在實際運用中，“貼合點”是很難去界定的。一般來講，可以把貼合點按照5%的目標扭矩來進行測算。

在實際運用中，不管是硬連接還是軟連接，都會隨時間的推移而發生衰減，而軟連接的衰減尤其嚴重，其中60%-70%的衰減發生在極短的時間內（<30毫秒）。

二、扭矩數據采集

（一）扭矩分類

根據螺栓在緊固過程中不同的階段，扭矩值可以分為動態扭矩和靜態扭矩。動態扭矩是指螺栓在緊固過程中的終值（峰值），其是在扭矩施加的過程中同步測量的值；靜態扭矩是指完成扭矩施加后，使用測量工具測量得到的扭矩值。

（二）動態扭矩的測量

一種動態扭矩測量工具，其主要有扭矩傳感器和顯示器組成。將扭矩傳感器一端與動態扭矩施加工具（如扭矩扳手）連接，一端與螺栓連接，在施加扭矩的過程中，傳感器會監測扭矩值，顯示器會存儲并顯示峰值。

（三）靜態扭矩的測量

靜態扭矩的測量工具主要分為指針式扳手及電子式測量儀。靜態扭矩測量，實際是希望得到螺栓的再啟動扭矩，在測量過程中，測量值會逐漸上升，首先克服比再啟動扭矩更大的摩擦力，然后扭矩會降低，直到螺栓再啟動。如果使用指針式扳手測量，由于指針永遠將停在整個測量過程的峰值位置，由此可以判斷其測量的實際值為克服摩擦力的值，而不是再啟動扭矩，因此使用指針扳手測量靜態扭矩缺乏科學性。實際生產運用中，為了降低檢測工具成本，往往使用指針扳手進行測量，用以判斷過程是否穩定。

電子式的扭矩測量儀，其可完成自動分析，避開靜態扭矩測量中的峰值，獲得需要的再啟動扭矩，因此使用電子式測量儀獲得的扭矩相對科學。

三、扭矩數據運用

（一）CPK計算

在實際生產過程中，動態扭矩數據的重要運用之一則是用以評價過程能力SPC（統計過程控制）。通過采集到的數據，運用Minitab等軟件進行CPK的計算。

CPK過低，其不良率較高，產品質量缺陷多；CPK較高，不良率低，但往往需要投入的成本較高。

（二） CPK數據分析

運用Minitab軟件計算CPK，最終得到的是正太分布圖。一般來講，如果CPK數值不理想，主要有兩個原因：數據離散、數據偏移。

數據離散是指數據在規格范圍內的分布程度。如果3-1所示，規格上限為20，規格下限為10，由于數據幾乎分布在10-20的所有區間，因此其CPK較低。

數據的偏移是指數據偏移規格中心的程度。規格上限為20，規格下限為10，由于數據中心約為17，與規格中心15發生了較大偏移，因此其CPK較低。

如果出現上述兩種情況，則需要對數據進行分析改進。如果是數據的偏移，則可以從諸如調整扭矩設定值方面進行改進，如果是數據離散，可以從諸如扭矩施加一致性、測量方法等方面進行分析。

（三）靜態扭矩數據運用

由于衰減及摩擦的原因，靜態扭矩與動態扭矩存在差異。一般來說，在軟連接中由于衰減的原因靜態扭矩會低于動態扭矩，在硬連接中由于螺栓頭摩擦的原因靜態扭矩會比動態扭矩大。

四 結束語

扭矩連接是當下最為普遍的連接方式之一。掌握扭矩連接的特性，采取合理的方式確保扭矩控制有效性。實施過程中對扭矩數據進行監控，并對采集的數據進行分析，為扭矩控制提升提供依據，持續改善扭矩控制能力，提升產品輸出質量。

參考文獻

[1]李同科，簡學利。《動、靜態扭矩在汽車裝配扭矩中的運用》，汽車工藝與材料， 2010， 第10期

[2]曾慧。《談靜態扭矩開發》，企業科技與發展 ，2011年第18期（總第312期）。endprint