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殘余扭矩的測量方法有哪些

來源: 發(fā)布時間:2025-07-05

殘余扭矩的測量方法及行業(yè)應用指南

一、主要測量方法詳解

1. 再擰緊扭矩法

  • 原理:在已擰緊的螺栓上繼續(xù)擰緊一個小的角度(通常不超過15°),當螺栓從靜摩擦轉(zhuǎn)為動摩擦的瞬間,儀表顯示的峰值扭矩即為殘余扭矩值。

  • 操作要點

    • 轉(zhuǎn)角控制精度需在±3%以內(nèi),建議配合角度傳感器使用。

    • 工具成本可控(數(shù)顯扳手價格約3000-8000元),在汽車主機廠裝配線應用率達75%以上。

  • 適用場景:生產(chǎn)現(xiàn)場快速檢測,尤其適合硬連接(如發(fā)動機連桿螺栓)。

2. 檢測扭矩法

  • 原理:通過設(shè)定工藝要求的檢測扭矩閾值(Mp),在持續(xù)施壓過程中觀察螺栓是否轉(zhuǎn)動。若施加該扭矩后螺栓未轉(zhuǎn)動則判定合格。

  • 操作要點

    • 檢測扭矩通常設(shè)定為設(shè)計扭矩的80-90%,需提前進行扭矩-夾緊力標定試驗。

    • 尤其適合預涂膠螺栓(如樂泰243膠),可避免破壞已固化的防松膠層。

  • 適用場景:膠粘螺栓的專項檢測,如變速箱裝配。

3. 剩余扭矩法(擰松-擰緊法)

  • 原理:先逆向旋轉(zhuǎn)10-30°解除靜摩擦干擾,再正向擰回原位記錄扭矩值。此方法對高摩擦系數(shù)連接副(μ≥0.18)的測量誤差比直接測量降低40%。

  • 操作要點

    • 操作時間較再擰緊法增加約50%,適用于風電塔筒螺栓等特殊工況。

    • 需通過統(tǒng)計方法確定監(jiān)控范圍(如正態(tài)分布的3σ原則)。

  • 適用場景:高摩擦系數(shù)或軟連接場景的精確測量。

4. 擰松法

  • 原理:通過逆向旋轉(zhuǎn)讀取初始松動扭矩,雖能直接反映軸向預緊力,但會完全破壞原有連接狀態(tài)。

  • 操作要點

    • 重復擰松三次后螺栓夾緊力衰減達15%,因此只限于用于維修檢測場景。

    • 需將讀取的峰值扭矩乘以系數(shù)(1.1-1.2)以估算殘余扭矩。

  • 適用場景:維修后的快速驗證,如設(shè)備維護。

5. 超聲波測量法

  • 原理:基于聲彈性效應原理,通過測量縱波傳播時間變化(精度達0.1ns)計算軸向應力。

  • 操作要點

    • 夾緊力檢測誤差≤5%,但設(shè)備成本超過20萬元,且需要專業(yè)耦合劑處理表面。

    • 適合航空發(fā)動機等高價值部件的實驗室檢測。

  • 適用場景:研發(fā)階段的高精度測量,如航空航天領(lǐng)域。

6. 其他方法

  • 劃線法:在螺栓或螺母頭部與被連接體上劃線確認原始位置,然后松開再擰緊到原位,通過扭矩值計算殘余扭矩。但此方法測量過程不能保證精確性,容易存在質(zhì)量風險,一般建議在拆解區(qū)域使用。

  • 返松法:通過讀取螺栓開始轉(zhuǎn)動時的瞬時扭矩值,并乘以一個系數(shù)(約為1.1至1.2)來估算殘余扭矩。但此方法測量偏差較大,建議在拆解分析時使用。

二、行業(yè)應用案例與標準

1. 汽車行業(yè)

  • 應用案例:某汽車主機廠采用再擰緊法,將換電螺栓重復使用次數(shù)從5次提升至50次。通過設(shè)定轉(zhuǎn)角控制精度(±3%以內(nèi)),并配合角度傳感器使用,確保測量準確性。

  • 標準要求:遵循ISO 16047標準,動態(tài)扭矩法測量值約為初始緊固扭矩的70-85%時為合格。

2. 航空航天領(lǐng)域

  • 應用案例:某航天機構(gòu)采用超聲波測量法,對航空發(fā)動機螺栓進行實驗室檢測,夾緊力檢測誤差≤5%。通過高精度扭矩傳感器(精度達±0.5%)確保飛行安全。

  • 標準要求:對關(guān)鍵部件連接殘余扭矩測量使用高精度設(shè)備,并遵循VDI 2645-part3標準進行數(shù)據(jù)評估。

3. 建筑行業(yè)

  • 應用案例:橋梁建設(shè)中,每隔一段時間對螺栓連接殘余扭矩進行測量,確保結(jié)構(gòu)安全。采用再擰緊法或檢測扭矩法進行快速檢測,并結(jié)合統(tǒng)計方法分析數(shù)據(jù)趨勢。

  • 標準要求:遵循相關(guān)建筑規(guī)范,對重要結(jié)構(gòu)螺栓進行定期檢測,并記錄測量數(shù)據(jù)以便后續(xù)分析。

4. 風電領(lǐng)域

  • 應用案例:某風電企業(yè)針對塔筒螺栓,先用再擰緊法初檢,再對5%的樣本進行超聲波復檢,使質(zhì)量成本降低32%的同時保證了0ppm的泄漏不良率。

  • 標準要求:結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的在線測量系統(tǒng),對風電設(shè)備螺栓進行實時監(jiān)控和預警。

三、測量精度提升的實踐要點

  1. 工具校準

    • 數(shù)顯扳手需每5000次或半年進行標定(參照JJG 707標準)。

    • 壓電式傳感器在環(huán)境溫度每變化10℃時需重新歸零校正。

  2. 操作規(guī)范

    • 施力速度控制在5-15°/s可有效減少慣性誤差。

    • 使用智能扭矩工具(如Atlas Copco的QST系列扳手)動態(tài)調(diào)整工藝參數(shù),提升裝配質(zhì)量一致性。

  3. 數(shù)據(jù)記錄與分析

    • 測量數(shù)據(jù)應詳細記錄,包括測量時間、測量位置、測量值等。

    • 對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,計算平均值、標準差等參數(shù),并繪制品質(zhì)趨勢圖以便后續(xù)分析。

  4. 組合檢測策略

    • 對特殊工況或高價值部件,可采用組合檢測策略(如再擰緊法+超聲波法)以提高測量準確性和可靠性。

通過上述方法和實踐要點,可系統(tǒng)化地提升殘余扭矩測量的準確性和效率,確保連接件的安全性和可靠性。

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