影響扭矩扳手準確性的因素分析

王建國 趙亞軍 康琳琦

摘 ?要：扭矩扳手也可以稱為扭力扳手或者力矩扳手，可以調節和設置扭矩應用，在設備作業中，廣泛應用。基于此，文章通過分析扭矩扳手工作原理以及優勢，進一步分析了影響扭矩扳手準確性的相關因素，最后分析了扭矩扳手正確的使用方法以及計量方法，以期能夠在實際應用中加強管理，嚴格控制誤差，提高應用準確性。

關鍵詞：扭矩扳手;準確性;影響因素

中圖分類號：TS914.51 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0066-02

Abstract： Torque wrench is a kind of wrench which can be used to adjust and set torque. It is widely used in equipment operation. Based on this， by analyzing the working principle and advantages of torque wrench， this paper further analyzes the relevant factors that affect the accuracy of torque wrench， and finally analyzes the method to correctly use it and the method to conduct measurement using the torque wrench， in order to strengthen management in practical application， strictly control errors and improve application accuracy of the torque wrench.

Keywords： torque wrench; accuracy; influencing factors

引言

隨著制造工業發展，機械設備功能逐漸增加，功能模塊安裝也成為影響設備質量的重要環節，螺紋的裝配扭矩與裝配質量和產品的安全性能關系密切，螺紋連接作為安裝重要工序，為了體現出連接緊密性和可靠性，需要在應用設備過程中，嚴格控制扭矩扳手的誤差，規范操作方法，保證設備螺栓的連接質量，達到密封性的要求。因此研究影響扭矩扳手準確性因素具有實踐意義，有助于提高操作精度，達到質量要求。

1 扭矩扳手工作原理和優勢

扭矩扳手主要是依據物理學杠桿原理設計，通過扭矩使得機械構件發生轉動效應。在應用過程中，鎖緊螺帽和螺栓會產生對等力，設定平衡點。扭矩扳手設計符合人體工學，使用時握持舒適，降低操作人員使用過程中的疲勞感，同時設定刻度尺，能夠對扭矩值進行精準設定，當施加在設備上的扭矩達到設定的扭矩值時，操作人員能夠在手柄上感受到震動，可避免過大力度操作，造成扭矩值過大，對螺栓造成損壞。當達到設定扭矩值后，可以聽見咔噠的聲音，提醒操作人員停止用力。

扭矩扳手具有多個種類，包括指針式、數顯式、預置可調式等，操作人員通過觀察刻度確定扭矩值。扭矩扳手具有突出優勢，操作中更加省力。設計準確刻度能夠設定扭矩值，避免由于螺紋連接差距造成預應力過大，引發扳手損壞或產品損傷。目前扭矩扳手的不足主要是精度問題，無論引進多少先進技術，仍然要安排人工設定扭矩，通過人工經驗和物理計算，對扭矩進行設計。

2 影響扭矩扳手準確性的因素

2.1 操作人員專業性

操作人員專業水平也會影響扭矩扳手的準確性，操作人員對于扭矩扳手了解程度會直接影響操作取值，如扭緊速度以及施力角度等。施力角度過大，單邊摩擦會隨之增大，變速或沖擊加力會使取值出現波動，所以應控制施力角度并避免變速施力以及沖擊施力，并且連接螺紋緊固件時要明確初始預緊力要求，按照裝配工藝進行設計，制定合適的扭緊方法，加強力度控制。

2.2 螺栓摩擦影響

由于螺紋連接件之間存在著摩擦，摩擦力損耗很難測定，會造成應用期間取值不準確。在扭緊操作中，預緊力和扭矩具備正比關系，螺栓受力和工況直接影響預緊力大小。一般情況下，螺栓擰緊后，螺紋連接件的預緊力不允許超過材料屈服極限值的80%，螺栓頭底部和產品表面產生的摩擦約為50%扭矩，剩余約40%扭矩被消耗在螺紋摩擦上，只有10%左右的扭矩摩擦真正被用作鎖緊上。產品表面工況和潤滑程度均影響預緊力，改變摩擦系數也會影響準確度。由于螺帽和工件結合面會產生相互作用，造成摩擦半徑改變，會對預緊力產生影響，所以在大部分扭矩鎖緊中不會使用墊圈。

產品使用過程中，為了減小摩擦力，工業上常使用二硫化鉬和石墨材料等構成的潤滑脂，但使用時除非特殊鎖緊用力需要，否則將會導致預緊力增加，造成螺栓受力增大而發生斷裂。如需要使用較低的預緊力希望達到理想預緊要求，則可使用潤滑劑降低產品連接部位的摩擦力。螺栓摩擦力可避免因震動而導致松動，在產品使用過程中有時采用雙螺母或涂膠等方式保證鎖緊力達到要求。螺栓表面處理或電鍍等因素影響，也會對扭矩和摩擦系數產生影響。接觸面和螺紋副的摩擦系數都會對扭矩值產生重要影響，在生產過程需要對螺栓以及螺帽熱處理、材質以及精度展開嚴格控制，在使用時要進行認真檢查，確認沒有裂紋、劃傷和斷扣等影響連接性能的情況，保證螺栓孔和螺栓配合緊密，貯存期間避免因環境影響出現銹蝕。

2.3 讀數影響

指針式扭矩扳手根據指針寬度和刻度線間距比值確定力矩值，準確度主要受到讀數的影響，讀數時需要提前估讀，從而減小讀數誤差。數顯式扭矩扳手讀數失誤主要體現在數據波動的情況下。在扭矩扳手示值中，讀數誤差占據50%左右，隨著測量扭矩值增加讀數誤差逐漸減小，測量扭矩扳手下限位置，最容易出現讀數誤差。因此在讀數時，需要由2名操作人員進行重復讀數，從而保證讀數的準確性。

2.4 扭矩扳手結構影響

目前扭矩扳手有多個種類，一般使用預置可調式，扭矩扳手不能脫離主彈簧，這也是扭矩扳手準確應用的關鍵。經過收集的波動數據證明，彈簧材料應變是影響扭矩扳手準確度的關鍵。為了保證彈簧的可靠性，材料除了需要滿足強度，還必須具備良好的沖擊韌性、塑性、疲勞極限、彈性極限以及熱處理，要進行沖擊疲勞和工藝檢驗試驗。預置式扭矩扳手使用完畢后，需將扳手調至扭矩的最小值，釋放施加在彈簧上的力，讓彈簧壽命得到延長。使用前要設定扭矩值，進行預扭。不能使用扭矩扳手拆卸螺母或者螺栓[2]。禁止在扭矩扳手尾部添加延長套管，增加力臂，否則會對扭矩扳手造成損壞。根據使用需求對扭矩進行調整，同時要確定調節機構被鎖定，才允許應用。使用扭矩扳手時，需要平緩加載，不能猛壓或者猛拉，避免造成過載，造成輸出扭矩失去準確度。達到預置扭矩后，要停止施力。使用過程中加強保護，避免水分浸入扭矩扳手，避免造成零件銹蝕。

2.5 維護管理

由于扭矩扳手屬于高頻率應用工具，為了提高測量準確度，需要定期校準檢查工具，配置符合使用要求的扭矩扳手設備，目前主要使用檢定儀對扭矩扳手進行校準，準確率達到1%，檢定儀需要定期檢查。由于校準環境為試驗室環境，和現場操作環境存在較大差異。為了保證校準管理的有效性，需要參照實際使用現場進行管理，要求誤差不會受到使用場合的影響。使用前要注意檢查扭矩扳手的準確性，根據使用頻率調整校準維護的頻率，一般情況下不少于1年1次。利用維護管理手段保證扭矩扳手的準確性。

3 扭矩扳手的正確使用方法

扭矩扳手主要應用于螺栓、螺釘和螺母等緊固件的安裝，通過對力矩的控制，保證螺紋緊固，且不會由于力矩過大造成螺紋受到破壞，因此需要使用扭矩扳手對扭矩值固定操作，在應用過程中需要提前設定固定扭矩值，當達到設定值后，扭矩扳手發出提醒信息，能夠感受到手部振動或聽到“咔噠”的聲音，即完成了扭矩。當扭矩值達到固定位置后，不需要繼續施加力，切忌使用沖擊力，停止施力后，各個零件復位。施加扭矩時，手握在扭矩扳手手柄的中間刻度線位置，只能在扭矩扳手標注的方向上施力，同時施力方向應在±15°以內（垂直方向和水平方向）。

按照緊固件強度和扭矩工藝使用合適量程的扳手，不允許超過扳手的適用范圍。指針式扭矩扳手使用前需要進行調零處理，無荷載時注意對扭矩扳手指針的檢查，指針是否處于零刻度值上，若不是，需要進行調整。為保證讀數準確，需要在使用時，一只手握住扳手手柄，讓扭矩扳手和拉力保持直角，平穩施加力度，至指針指向扭矩值時，禁止應用過大的力度，否則會產生誤差值。完成測量后，將旋轉鈕旋轉，讓指針恢復至零位，以便于進行下次應用。預置可調式扭矩扳手設定的扭矩值應盡量在扭矩扳手使用范圍的1/2～2/3處。扭矩扳手作為一種計量工具，需要注意保護，禁止進行扔擲、震動以及敲擊等。

4 扭矩扳手的檢定

扭矩扳手使用過程中需要定期進行檢定和校準。達到檢定合格標準后，在扳手上貼合格標志。現場使用時，需要對合格標識進行檢查，在校準證書上注明轉接器和扭矩扳手配合應用，注明警示信息，提醒操作人員按照校準數值應用。

首先保證扭矩扳手旋轉面平行于水平面，將扭矩扳手放置于智能扭矩儀上，使用導軌托座調節扳手高低，讓扭矩扳手旋轉面平行于水平面，表達安裝力臂準確無誤。若扳手擺放位置不準確，施加力時，力矩受到扳手力臂作用產生力矩，扳手尺寸和自重會影響力矩的分量，從而造成檢定精度不準確。因此在應用中，嚴格控制放置位置，以達到控制精度的作用。

其次施力方向要和扭矩扳手垂直，施力時需要和扳手垂直，將扳手垂直方向以及作用控制在10°之內。若超過允差區域，作用力施加給扳手上的力臂會小于實際力臂，成為實際力臂分量，扭矩值變小，影響到檢定精度。

再者施加力時，需要對扳手中間區域施加，即加力線附近用力。檢定扭矩扳手時，手需要向加力線施力，若手位置靠前會和視準器接近，甚至會扳壞指示部位，造成受力力臂減小，扭矩值低于實際扭矩值。若手位置過于靠后，作用力臂位置大于實際力臂，造成扭矩值超過實際扭矩值，且容易對扭矩傳感器造成損壞，影響到扭矩扳手的精度。

最后為避免傳感器受力狀態差導致的誤差，需要讓傳感器和扭矩扳手之間存在一定縫隙，在扭矩扳手受力時，傳感器和扳手方頭之間并不是同一個軸心，顯示扭矩值是扳手示值扭矩以及側向扭矩，四方孔以及套頭摩擦力矩和。因此，減小扳頭和四方孔間隙，使用摩擦力更低的轉接頭，讓輸出扭矩值更加準確。

5 結束語

綜上所述，本文先簡單分析了扭矩扳手工作原理和優勢，然后進一步分析了影響扭矩扳手準確性的因素，主要包括操作人員專業性、螺栓摩擦影響、讀數影響、扭矩扳手結構影響、維護管理，最后分析了扭矩扳手的正確使用方法和檢定，因此需要嚴格管理影響因素，提高操作人員專業素養，保證穩定扭矩，減小摩擦造成的負面影響。未來還需要進一步提高扭矩扳手結構，不斷縮小誤差，提高扳手精準度。

參考文獻：

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