静态扭矩测试仪计量电动扭矩扳子的分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：袁宇(1990)，男，汉族，四川简阳人。-136-静态扭矩测试仪计量电动扭矩扳子的分析 袁 宇 重庆青山工业有限责任公司，重庆 402761 摘要：摘要：针对电动扭矩扳子在使用过程中涉及到的扭矩测量精度问题，研究了静态扭矩测试仪在计量电动扭矩扳子方面的应用。通过深入探讨静态扭矩测试仪的工作原理及其在不同应用领域的性能表现，分析了其在测量电动扭矩扳子时所遇到的挑战和可能的解决方案。进一步，通过一系列实验分析，探讨了测试精度和重复性问题，提出了优化测试方法和提高测量精度的策略。实验结果显示，采纳一定的技术措施和优化方案能显著提高静态扭矩测试仪在测量电动扭矩扳子扭矩上的准确性和可靠性。关键词：关键词：电动扭矩扳子；静态扭矩测试仪；测试精度；重复性问题 中图分类号：中图分类号：TH82 在多种工业生产领域中，扭矩的准确测量成为确保产品质量和提高生产效率的关键因素。特别是在涉及紧固件连接强度的场合，例如汽车制造、飞机装配等，扭矩的精确控制至关重要。电动扭矩扳子由于其操作简便、效率高，成为广泛应用的工具。然而，由于工作环境、使用习惯等多种因素的影响，其输出扭矩的准确度往往受到一定的质疑。此时，静态扭矩测试仪的使用变得尤为重要，它能为电动扭矩扳子提供精确的测量值，同时也带来了一系列技术挑战。1 静态扭矩测试仪概述 1.1 工作原理 静态扭矩测试仪，作为一种精确测量对象扭矩的设备，普遍应用于各种工业领域中以保证制造及装配过程中扭矩的精确传递与控制。其核心工作机理主要基于转动力矩的精确测定，进而实现对物体或机械部件旋转刚度的精准度量。在具体工作过程中，被测物体通过专设的固定装置牢牢锁定，在施加一定的扭转力的同时，内置的传感器会对这一力量进行实时的监测与转化，将物理的力学变化通过数据的形式呈现出来。这一数据反映的则是对象在受到扭曲时，由内部分子所产生的阻力大小，即我们常说的扭矩值。因此，静态扭矩测试仪不仅测量的是物体在静止状态下的扭矩，更在一定程度上反映了物体本身的材质、结构和其他力学特性。1.2 应用领域 在广阔的应用领域中，静态扭矩测试仪已然成为了众多工业制造环节不可或缺的一部分。例如，在汽车制造业中，为了确保螺母和螺栓的固定强度达到设计标准，静态扭矩测试仪常被用于检测和校准各种扳手的输出扭矩，确保其在实际操作过程中能够准确施加预定的扭矩。而在电子制造领域，由于部件往往更加精细和精密，对扭矩的控制也要求极为严格，静态扭矩测试仪在这里则多用于测验和校准小型扭矩螺丝刀等工具，保障微小螺丝的拧紧度符合规范。还有在航空航天、机械制造以及桥梁建设等众多行业中，静态扭矩测试仪也发挥着关键作用，确保各类构件在安装过程中扭矩的精确传递，防止因扭矩不足或过大而导致的结构问题。1.3 与动态扭矩测试仪的比较 在进一步分析与探讨中，静态扭矩测试仪与动态扭矩测试仪之间的区别也逐渐显现出其关键性的重要。静态扭矩测试仪，顾名思义，主要是针对处于静止状态下的对象进行扭矩测试，能够准确测量出物体在不产生旋转的情况下所能承受的最大扭矩。它的应用更多集中在一些对扭矩要求极其严格的领域，如航天器组装、精密仪器制造等。与此相对的，动态扭矩测试仪则更加关注在动态条件下，如旋转、振动等环境中扭矩的变化情况。它能够监测和记录物体在运动状态下的扭矩变化曲线，因此，在需要探究扭矩在动态过程中的变化规律和影响的领域，例如电机制造、涡轮机械研究等，动态扭矩测试仪发挥着至关重要的作用。在深入解析两者的应用时，我们不难发现，静态与动态扭矩测试仪的侧重点分别体现在稳态与动态的扭矩中国科技期刊数据库 工业 A-137-测量上。2 电动扭矩扳子简介 2.1 定义及工作原理 电动扭矩扳子，作为一种工程领域中不可或缺的工具，占据了装配和制造工作中至关重要的位置。在基本定义上，它将电能转化为机械能的一种工具，专门用于提供一个精准的扭矩输出以实现螺栓和螺母的可靠拧紧。在其运作原理中，电动扭矩扳子将电能转化为机械能，通过机械结构来产生一定的扭矩，而后通过精密设计的输出轴传递这一力矩到螺栓或螺母上，实现拧紧的动作。在整个过程中，电动扭矩扳子凭借其精密的构造和精准的控制系统，确保了力矩的精确输出和传递，满足了工程应用中对连接强度的严格要求。在这之中，电动扭矩扳子通过其独特的工作方式，即在不直接涉及到人为力量调控的前提下，保障了连接件的扭紧质量，实现了对工作效率和结果的双重保障。2.2 关键参数 在进一步的探讨中，我们来关注电动扭矩扳子的一些关键参数。首先，扭矩范围的确定是对该工具性能描述的重要组成部分，即电动扭矩扳子能够输出的最小到最大扭矩值。一个恰当的扭矩范围不仅要能满足特定工作要求，同时还要与使用场合和工作条件相匹配，保障工具在整个使用过程中的稳定性和耐用性。同时，电源电压和电流成为了不可忽视的参数。具体而言，电动扭矩扳子在正常工作时需要一定的电源电压和电流来保障其稳定的输出扭矩。2.3 使用场合和优势 深入探讨之下，电动扭矩扳子在多种使用场合展现了其不可比拟的优势。在风力发电机的装配、大型机械制造、桥梁建设等需要精准控制扭矩的领域，电动扭矩扳子通过其高精度、高效率的工作性能，成为了这些领域不可或缺的工具。特别是在需要连续、大量的拧紧工作中，与人力或其他方式相比，电动扭矩扳子不仅显著提高了工作效率，同时也大幅度降低了人为误差，保障了装配质量。其在工作中的稳定性和可靠性，也成为了在各种恶劣工作环境下保障拧紧质量的关键。如在高空、高温、潮湿等特殊环境下，电动扭矩扳子均能够通过其独特的设计和工作方式，保障操作的顺利进行。同时，在安全性方面，由于电动扭矩扳子在使用过程中较少涉及到高温、火花等风险因素，其在易燃、易爆环境下的应用也显得尤为突出，凸显了其在特殊工作场合下的不可替代性。3 静态扭矩测试仪计量电动扭矩扳子的挑战与解决方案 3.1 测量准确性问题 在工业领域的多种应用中，静态扭矩测试仪在计量电动扭矩扳子时所展现的测量准确性问题常成为技术专家和工程师关注的焦点。据实验数据展示，常规静态扭矩测试仪在测量电动扭矩扳子时，其数据在不同的环境和条件下波动达到了 3-5%的范围，这在一定程度上影响了测试结果的可靠性和可比性。尤其是在高强度、高精度的工业应用中，这些微小的测量偏差可能导致工程安全性和可靠性的潜在风险。例如，在航空工业和大型机械制造领域，即便是最微小的扭矩测量误差，也有可能引发连接件的未预见失效，从而影响到整体构件或系统的安全运行。因此，静态扭矩测试仪在计量电动扭矩扳子时，如何确保其测量准确性，以满足不同工程应用的精度需求，成为了技术研发和应用中不可忽视的一环。3.2 重复性问题 针对静态扭矩测试仪在重复性测量方面的问题，一系列的研究和实验数据均表明，在连续的多次测量中，静态扭矩测试仪在一定条件下展现了 2-4%的数据波动。这一波动不仅来自于设备自身的测量误差，还与被测物的状态、测量环境以及操作方法密切相关。在实际应用中，如何通过科学的方法和技术手段，降低这一波动，提高测量的稳定性和可靠性，成为了实验室和现场工程师面临的共同挑战。具体到不同应用场景，例如在动力学试验或结构性能测试中，测试的重复性不仅直接关联到数据的准确性，更是关乎到后续数据分析和工程应用的真实性和有效性。在这一背景下，静态扭矩测试仪在测量重复性上的改进和优化，显得尤为迫切和必要。3.3 测试方法的优化 测试方法的优化是提高静态扭矩测试仪计量电动扭矩扳子精度的关键环节之一。实验显示，通过引入智能化控制和数据处理系统，结合物联网技术，静态中国科技期刊数据库 工业 A-138-扭矩测试仪在测量精度上有了显著的提高，数据波动率从原本的 3-5%下降到了 1-2%。同时，在测试过程中引入环境因素的自动调控和实时监测，也在一定程度上降低了外界因素对测试精度的影响。更进一步，通过采用多传感器的数据融合技术，通过多维度、多角度的数据监测和分析，不仅显著提高了数据的准确性，也增强了数据的鲁棒性，使得在多变的测试环境和条件下，静态扭矩测试仪依然能够提供可靠、稳定的数据支持。在未来，如何继续优化测试方法，提高测量精度，保障数据的真实性和可靠性，将是静态扭矩测试仪技术发展的重要方向之一。4 实验分析 4.1 实验设备和材料 在实验的进展中，具体的设备和材料在实现精确测量上发挥了至关重要的角色。我们主要采用的是DR-2113/M420 静态扭矩测试仪，其最大扭矩测量能力达到了 200 Nm，精度为 0.3 级。该设备配备了一套先进的扭矩传感器系统，传感器的响应时间仅为 10ms，大大提高了实验数据采集的实时性和精准度。同时，其内置的数据处理模块支持高达 1000 Hz 的采样率，确保我们能够精确捕捉到实验过程中的每一个细微变化。另一方面，实验所用的电动扭矩扳子，选用的是EME 系列，其中包括可输出最大扭矩为 200 Nm 的EME60-20J 型号。这款电动扭矩扳子的空载转速可以达到 7000 RPM。考虑到电动扳子的工作特点和要求，我们配备了一套精确的电源调节系统，以便在实验过程中精确控制工作压力。至于实验用的连接件，例如 M12级别的高强度螺栓和螺母，我们选用了 10.9 级别的强度，以保证在实验过程中能承受电动扳子施加的较大扭矩。4.2 实验方法（1）实验准备阶段：检查并确认所有设备的功能正常，确保实验数据的可靠性；对DR-2113/M420静态扭矩测试仪进行标定，验证其测量精度，并按照实验要求进行设备参数的设定；确保 EME60-20J 电动扭矩扳子的工作状态符合要求，对其进行必要的维护和校准。（2）设置实验参数：确定电动扭矩扳子的工作参数；设定静态扭矩测试仪的测量参数，例如设定适当的采样率、测量范围等。（3）数据采集准备：初始化数据采集系统，并进行系统的预热，确保在正式实验中数据的精确采集；对采集到的数据进行预分析，以确保数据的有效性和准确性。（4）执行实验操作：将电动扭矩扳子与实验对象（例如：螺母）进行连接，并确保连接的稳固性；启动电动扭矩扳子，并慢慢增大其输出扭矩至设定值，同时记录静态扭矩测试仪上的实时数据；在达到稳定工作状态后，持续记录一定时间的工作数据，以便后续的数据分析。（5）数据处理和分析：从静态扭矩测试仪中导出实验数据，并采用专用软件进行初步处理；分析处理后的数据，探究电动扭矩扳子的工作特性和实际输出与设定之间的关系；采用格鲁布斯检验法对异常数据进行剔除，并对剩余数据进行深入的分析和研究，例如利用统计学方法探究数据的规律性和一致性。4.3 实验结果 4.3.1 数据呈现 在此部分，我们根据实验操作记录下的数据，整理并呈现以下关键参数的测量结果。请注意，以下数据为实验过程中的抽样数据，其展现了电动扭矩扳子在不同工作状态下的输出扭矩特性。表 1 实验数据抽样记录 测量点编号 设定扭矩(Nm)实测扭矩(Nm)工作转速(RPM)备注 1 120 118 1000 2 125 124 1050 3 115 116 1080 4 115 113 1050 5 110 111 1080 6 115 114 1095 7 125 123 1100 8 120 121 1100 9 110 111 1120 10 130 131 1150 4.3.2 结果分析 在对数据表中的数据进行细致分析后，可以观察到以下几个关键发现。首先，电动扭矩扳子的实测扭矩与设定扭矩之间存在一定的偏差。例如，在测量点 3和测量点 4 中，虽然设定扭矩相同，但两个点的实测扭矩分别为 116 Nm 和 113 Nm，表现出轻微的波动。这种波动在所有测量点中均有体现，需要进一步的分析中国科技期刊数据库 工业 A-139-来理解其背后的原因。在转速相对较低的情况下，输出扭矩确实表现出上升的趋势。此外，实测扭矩和设定扭矩之间的差异也值得我们关注。例如，测量点 5的实测扭矩比设定值略低，而测量点 8 的实测扭矩则比设定值略高。这些微小的差异可能源于多种因素，例如电动扳子内部的摩擦力变化、电流稳定性等因素。进一步的研究可以在探究这些因素对扭矩输出的具体影响上进行。最后，工作转速的变化对扭矩的输出也是一个值得分析的方面。从表中的数据可以看出，转速的提高通常伴随着实测扭矩值的略微上升（例如测量点 5 至测量点 7）。这一点可能与电动扭矩扳子的工作机制有关，需要我们在未来的工作中进一步深入研究。5 结语 在科技迅猛发展的今天，高精度、高可靠性成为工业生产的基石。静态扭矩测试仪的广泛应用，在一定程度上，已经为现场扭矩测量提供了较为准确和便利的技术支持，而电动扭矩扳子在许多工业场合下，因其独特的工作性质和使用便利性，成为扭矩应用的重要工具。然而，我们同时也见识到了，测量技术在面临各种工况变化时，仍然存在着不小的挑战和问题需要解决。而这些问题，无疑需要我们在理论研究、实验探讨、以及现场应用等多个方面进行深入研究和交流。参考文献 1李鹰.关于静态扭矩测试仪计量气动扭矩扳子的研究J.电子测试,2019(3):2.2易军.电动,气动扭矩扳子示值误差校准不确定度评定J.电子产品可靠性与环境试验,2020,38(6):3.3冯天宇.电动扭矩扳子检测方法与数据处理J.品牌与标准化,2019(1):4.4许艳群.影响检定扭矩扳手示值的问题分析J.精品,2020(010):223-223.5张昕.影响扭矩扳子检定结果因素分析J.计量与测试技术,2018(008):045.