紀(jì)紹偉/吉林市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

為了便于在扭矩扳子檢定、校準(zhǔn)中科學(xué)地選擇和使用扭矩扳子檢定儀，針對(duì)扭矩扳子檢定、校準(zhǔn)專業(yè)性強(qiáng)、選型資料單一、選型不便的實(shí)際，通過對(duì)現(xiàn)有扭矩扳子檢定儀結(jié)構(gòu)、種類、性能、特點(diǎn)及發(fā)展動(dòng)向?qū)εぞ匕庾訖z定的分析，為選型及使用提供參考。

0 引言

我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程日益加速，扭矩扳子檢定儀廣泛應(yīng)用于車輛、航空、機(jī)械、家電、建筑等行業(yè)和部門所使用的扭矩扳子檢測(cè)。隨著科技的進(jìn)步，設(shè)計(jì)制造的各種扭矩扳子檢定儀種類繁多、性能先進(jìn)，適用于各種不同場(chǎng)合、不同要求的檢定、校準(zhǔn)。由于扭矩檢定、校準(zhǔn)專業(yè)性強(qiáng)，制造商、經(jīng)銷商廣告宣傳多功能不盡完美，以及初次選型用戶缺乏對(duì)扭矩扳子檢定儀系統(tǒng)深入的了解，使得選型工作帶來不少困難，一旦選型不當(dāng)，會(huì)給檢定、校準(zhǔn)帶來不便，甚至影響到工作的正常進(jìn)行。

1 產(chǎn)品概述

1.1 定義

各生產(chǎn)廠商對(duì)扭矩扳子檢定裝置的稱謂不盡相同：扭矩扳子校準(zhǔn)裝置、扭矩工具檢定儀、扭矩扳子檢定儀等。依據(jù)《JJG707-2003扭矩扳子檢定規(guī)程》，本文將用于測(cè)量扭矩扳子、扭矩螺絲刀、其他結(jié)構(gòu)形式的帶有扭矩測(cè)量機(jī)構(gòu)的擰緊計(jì)量器具（含附件）的儀器，定義為“扭矩扳子檢定儀”。

1.2 工作原理

扭矩扳子檢定儀一般主要由扭矩測(cè)量?jī)x、扭矩傳感器、加力工作臺(tái)三部分組成。有的可附加系統(tǒng)扭矩扳子檢定儀軟件和自校裝置。

當(dāng)裝在扭矩扳子檢定儀上的被檢扭矩扳子受到加載力后，扳子承受扭矩的作用，同時(shí)傳遞到檢定儀的扭矩傳感器上，該扭矩值通過扭矩測(cè)量?jī)x電路的運(yùn)算、放大顯示出測(cè)量值。

2 產(chǎn)品的分類及特點(diǎn)

2.1 按檢測(cè)方式可分為固定傳感器加載和旋轉(zhuǎn)傳感器加載

1）固定傳感器加載

扭矩傳感器固定在工作臺(tái)上，通過扭矩扳子轉(zhuǎn)動(dòng)加載。

這種加載方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、便于攜帶移動(dòng)，適于扭矩扳子量程單一或使用裝配現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)。

這種加載方式也有一個(gè)較大的缺點(diǎn)，加載是在扳子手柄的垂直方向用一絲桿來推動(dòng)加力，由于絲桿的運(yùn)動(dòng)軌跡是一直線，而扭矩扳子的運(yùn)動(dòng)是弧線，二者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在扭矩扳子的軸向上有附加摩擦力，對(duì)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

2）旋轉(zhuǎn)傳感器加載

扳子固定在工作臺(tái)上，通過旋轉(zhuǎn)傳感器加力，這種加載方式又有水平旋轉(zhuǎn)式和臥式旋轉(zhuǎn)式。

水平旋轉(zhuǎn)式：扭矩扳子水平旋轉(zhuǎn)，優(yōu)點(diǎn)是扳子不需要特殊固定，大幅提高工作效率，安全可靠，系統(tǒng)誤差小，扭矩值復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確，精度高。

臥式旋轉(zhuǎn)式：扭矩扳子旋轉(zhuǎn)軸線水平，適于做大扭矩扳子的檢測(cè)。缺點(diǎn)是扳子有自重，會(huì)對(duì)測(cè)量精度有影響，有時(shí)需要對(duì)扳子進(jìn)行輔助固定。

2.2 按加載方式可分手動(dòng)加載和電動(dòng)加載

1）手動(dòng)加載

這種方式加載方便，便于控制。手動(dòng)加載又可分為直接加載式、偏心輪加載式、絲桿加載式和減速裝置加載式。

①直接加載式

直接在被測(cè)扳子上手工加力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，靈活方便。適于小扭矩值扳手的檢測(cè)，一般在300 N·m以下更可行。壁掛式和一些小量程的臺(tái)式檢定儀采用此種加載方式，加載的穩(wěn)定性和重復(fù)性較差。

②偏心輪加載式

采用偏心輪加載裝置，因增加了杠桿力，比直接加載能夠省力。由于偏心輪與扭矩扳子手柄之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在扳子的軸線上產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，帶來軸向上的附加載荷，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。有些裝置采用了滾動(dòng)偏心輪加載，可將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。另一缺點(diǎn)是作用在偏心輪加長(zhǎng)桿上的力，對(duì)工作臺(tái)有一個(gè)外力，在這個(gè)外力較大時(shí)，可能帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，引起測(cè)量誤差，這時(shí)工作臺(tái)需要特殊的固定。

③絲杠加載式

始終在扳子手柄的垂直方向通過絲杠推動(dòng)加載，比前兩種方式更省力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便易行。

④減速機(jī)加載式

通過齒輪或蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)加載，省力且扭矩產(chǎn)生的力為內(nèi)力，不對(duì)工作臺(tái)產(chǎn)生向外的作用力，加載均勻易控制，可實(shí)現(xiàn)大扭矩值的加載。

2）電動(dòng)加載

采用電機(jī)替代人力加載，即省力又高效，是進(jìn)行較大量程和大批量檢定校準(zhǔn)的優(yōu)選工具，但這樣的設(shè)備制造成本較高。

2.3 按結(jié)構(gòu)形式可分為壁掛式、臺(tái)式、不可換傳感器式和可更換傳感器式

1）壁掛式

可固定在墻壁，適于生產(chǎn)裝配現(xiàn)場(chǎng)扭矩扳子的在線校驗(yàn)，應(yīng)具備足夠的響應(yīng)速度和峰值保持功能。

2）臺(tái)式：可分為便攜式和固定式便攜式：移動(dòng)方便，不需要固定。

固定式：檢定裝置固定在工作臺(tái)上，精度高，量程范圍大，適于實(shí)驗(yàn)室檢定。

3）不可換傳感器式

由一只或幾只傳感器固定在工作臺(tái)上，不能更換，每只傳感器有一個(gè)量程，不同的量程對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備，適于規(guī)程單一、有一定批量的扭矩扳子檢測(cè)。

4）可更換傳感器式

可通過更換不同的傳感器，實(shí)現(xiàn)不同的量程，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，提高檢測(cè)精度。適于不同種類、不同量程扭矩扳子的檢測(cè)。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品系統(tǒng)測(cè)量精度可達(dá)到0.3%，可以不用工具快速更換傳感器，完成1～10級(jí)扭矩扳子的檢定、校準(zhǔn)。

2.4 按自動(dòng)化程度可分為手工與自動(dòng)

1）手工操作

加載、讀數(shù)、記錄完全靠手工操作，簡(jiǎn)易、成本低。

2）半自動(dòng)式

由人工控制過程，能實(shí)現(xiàn)加載、記錄、誤差計(jì)算，證書生成、查詢、打印等部分自動(dòng)操作。

3）全自動(dòng)

可實(shí)現(xiàn)某些扳子如定值式扭矩扳子從加載到生成測(cè)試記錄、檢定證書、判定扳手準(zhǔn)確度等級(jí)的全部自動(dòng)操作?？山档蛣趧?dòng)強(qiáng)度，避免人為誤差，提高工作效率。

3 扭矩檢定儀發(fā)展動(dòng)向

1）使用便捷化

為裝配現(xiàn)場(chǎng)研發(fā)，方便現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)校驗(yàn)。

2）功能專一化

每臺(tái)儀器有不同的量程，形成產(chǎn)品系列。適于品種單一、數(shù)量較大的實(shí)驗(yàn)室檢定校準(zhǔn)。

3）軟件智能化

軟件設(shè)計(jì)采用數(shù)字濾波、自動(dòng)校零、非線性補(bǔ)償?shù)刃录夹g(shù)，使整機(jī)具有采樣速度快、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)從扳手加載到生成測(cè)試記錄檢定證書、判斷精度等級(jí)全部操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

4）設(shè)備自?；?/p>

由力矩杠桿和標(biāo)準(zhǔn)砝碼組成的自校裝置，可隨時(shí)對(duì)扭矩檢定儀傳感器進(jìn)行測(cè)試，保證系統(tǒng)的測(cè)量精度。

4 選型中應(yīng)注意的問題

1）基本要求

符合檢定、校準(zhǔn)要求的精度等級(jí)，完整的檢定報(bào)告，完整的檢定溯源系統(tǒng)和符合實(shí)驗(yàn)室高要求的質(zhì)量。

2）準(zhǔn)確度

扭矩扳子檢定儀，其給出的標(biāo)準(zhǔn)值的擴(kuò)展不確定度為被檢扭矩扳子最大誤差的1/3～1/10，或檢定儀的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)優(yōu)于被檢扳子準(zhǔn)確度等級(jí)的1/3。

3）量程

扭矩扳子的測(cè)量范圍是額定扭矩值的20%～100%，首次檢定的扳子應(yīng)以測(cè)量上限值的20%進(jìn)行超載性能試驗(yàn)，因此檢定儀的工作量程應(yīng)選被檢扳子的20%～120%。

4）性能

扭矩檢定儀應(yīng)能保持扳子處于正確的檢定方位和加載作用點(diǎn)可調(diào)，應(yīng)具有足夠的響應(yīng)速度和峰值保持功能，這對(duì)于檢定、校準(zhǔn)預(yù)置式扳子非常必要。

5 扭矩檢定的實(shí)際操作

5.1 準(zhǔn)備工作

1）扭矩扳子應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放置足夠長(zhǎng)的時(shí)間，達(dá)到與實(shí)驗(yàn)室的溫度相同。

2）首先對(duì)被檢扳子的外觀進(jìn)行檢查，確認(rèn)儀器與扳子的功能正?？煽浚⒎蠙z定規(guī)程中對(duì)其外觀結(jié)構(gòu)與附件的有關(guān)要求。

3）根據(jù)被檢扳子的額定值，選定檢定儀扭矩傳感器的量程，一般選擇被檢扳子額定值的20%～120%。

5.2 適應(yīng)性操作

1）帶棘輪的扭矩扳子，其扳接頭應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，無卡滯現(xiàn)象，鎖緊裝置應(yīng)可靠，扳接頭方榫上的鋼球或活動(dòng)鎖應(yīng)活動(dòng)自如，不得滑出，應(yīng)能可靠地與套筒相連。

2）指針式指示裝置的指針不應(yīng)松動(dòng)和彎曲，指針和被動(dòng)針與分度盤表面應(yīng)平行，并能與標(biāo)尺任意刻線重合，在施加扭矩過程中指針和被動(dòng)針運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)平衡，無沖擊、停滯等不正常現(xiàn)象，指針寬度不大于1/5分度值。

3）預(yù)置式扭矩扳子的設(shè)定裝置應(yīng)靈活可靠，能設(shè)定所需扭矩值，當(dāng)施加的扭矩值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能發(fā)出響聲或其他信號(hào)。

5.3 基本操作

1）開機(jī)預(yù)熱后，將外觀檢查正常的扳子放在檢定裝置上，調(diào)整檢定儀零位，按額定值預(yù)扭3次；雙向扭矩扳子，在進(jìn)行反向加載前同樣要預(yù)扭3次；預(yù)置式設(shè)定值更換后，也要先預(yù)扭3次。

2）檢定時(shí)，應(yīng)按其使用方向平穩(wěn)加載，不得產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。

3）指針式有從動(dòng)指針的必須帶動(dòng)從動(dòng)指針進(jìn)行檢定。

4）預(yù)置式扭矩扳子，將扭矩扳子調(diào)整至所需檢定點(diǎn)，然后將扭矩扳子正確地安裝在檢定裝置上，調(diào)整零位后，選用峰值保持功能，平穩(wěn)施加扭矩至扳子發(fā)出響聲或其他信號(hào)。

6 結(jié)束語

通過以上分析，對(duì)現(xiàn)有扭矩扳子檢定儀選型及對(duì)扭矩扳子的檢定已有比較全面系統(tǒng)的了解，在實(shí)際選型中可從儀器的先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性方面綜合考慮。如生產(chǎn)裝配車間的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，壁掛式有足夠響應(yīng)速度、峰值保持功能的儀器較為實(shí)用；實(shí)驗(yàn)室檢定，扳子規(guī)格單一，采用固定傳感器的臺(tái)式儀器既能保證檢測(cè)精度又能提高工作效率；專業(yè)計(jì)量檢定部門，面對(duì)不同的用戶需求，精度要求高、覆蓋的量程范圍要求大，有必要采用精度高、自動(dòng)化程度高、能更換系列傳感器的檢定儀。總之根據(jù)不同的檢測(cè)要求選用相應(yīng)的儀器。

[1] 全國(guó)力值、硬度計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 707—2003 [S]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2003.

[2] 全國(guó)力值、硬度計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJF1011—2006 [S]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2006.

[3] 全國(guó)五金制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T15729—1995 [S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[4] 趙國(guó)夫. 臺(tái)式扭矩扳子檢定儀檢定方法探討[J].中國(guó)計(jì)量，2009，162（5）：112-113.

[5] 王恩鋒. 扭矩扳子檢定儀加載系統(tǒng)誤差分析[J]工業(yè)計(jì)量,2007（6）：25-27.