动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

有老铁可能会碰到这样的问题?

不同连接副上,动态扭矩都是30Nm,但有的连接副静态扭矩是33Nm或更高(高于动态扭矩),也有的连接副静态扭矩却只有26Nm或更低(低于动态扭矩),这是为什么呢?

哪些因素会影响动态扭矩和静态扭矩呢?两者有什么联系和区别呢?实际应用过程中应如何控制?

一、动态扭矩和静态扭矩的定义

 

动态扭矩是在拧紧螺栓的过程中用拧紧枪传感器测量得到的扭矩,是螺栓克服动态摩擦所达到的扭矩。扭矩扳手和动力工具都可以施加动态扭矩。

下图为某高精度枪的拧紧曲线,曲线的终点即工艺点即为动态扭矩。

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

静态扭矩是紧固件被拧紧的螺栓停止后,再继续沿着拧紧方向克服静态摩擦所达到的最大扭矩为静态扭矩。

一般使用的表盘式或数显式扭矩扳手测量的扭矩值为静态扭矩。

 

二、动态扭矩和静态扭矩的关系

动态扭矩测量的目的是要保证拧紧过程中的扭矩是合格的。静态扭矩测量的目的是验证动态过程是否发生变异,同时确保拧紧后连接件的夹紧力的可靠性。

静态扭矩应该和动态扭矩一致。但是实际上,二者关系主要受两个方面的影响:静态摩擦力和弹性衰减。

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

1.静态摩檫力的影响

由于存在静态摩擦力,在检测的过程中需要额外的扭矩克服静态摩擦力,让螺栓动起来。因此,产生了静态扭矩比动态扭矩要高的趋势。

在某些情况下,我们会测量到比动态扭矩更高的静态扭矩。这个并不意味着有更大的夹紧力,而仅仅是静摩擦力的影响。

2.弹性衰减的影响

由于静态扭矩是在拧紧之后进行测量。连接件经过一定的时间后,材料受力会有蠕变和嵌入发生。产生扭矩衰减。弹性衰减使静态扭矩产生比动态扭矩要偏小的趋势。

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

通常情况下,硬连接上静态扭矩一般大于动态扭矩,如下图所示,B点(静态扭矩)的扭矩高于A点(动态扭矩)的扭矩。

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

而软连接上动态扭矩一般大于静态扭矩,如下图所示,B点(静态扭矩)的扭矩低于A点(动态扭矩)的扭矩。

 

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

对于紧固件的连接方式不同,其作用于联接副的动态扭矩与静态扭矩也有所不同。通过典型的硬连接及软连接紧固件的动静态扭矩的数据进行比较。

下面螺丝君以一个实际案例看下,软连接和硬连接中静态扭矩和动态扭矩的差异。

硬链接方式的动静态扭矩测量10组数据如表1所示。通过计算得出动态均值为91.84N.m,静态均值为101.39N.m。

表1 某硬连接方式扭矩测量数据

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

软连接方式的动静态扭矩测量10组数据如表2所示。通过计算得出动态均值为90.42N.m,静态均值为77.78N.m。

由以上两组对比数据可得出,对于硬连接形式的螺纹副,静态扭矩要大于动态扭矩,而软连接形式的螺纹副,静态扭矩要小于动态扭矩。

表2 某软连接方式扭矩测量数据

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

 

三、动态扭矩和静态扭矩的控制应用

一般文件中给定的扭矩标准是动态扭矩,而实际检验员用表盘式扭矩扳子检测到的扭矩为静态扭矩。动态扭矩与静态扭矩一般情况下都会存在差异。

为了更好的控制螺栓的扭力,可以对汽车装配件的螺栓扭矩分两部分来进行控制,一是拧紧过程中使用动态扭矩控制,二是装配好的零件用静态扭矩来监督。这样能够更准确真实的反映螺栓的实际扭矩。

 

表3 动态扭矩测试数据

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

根据以上数据,计算得出30 组动态扭矩平均值为:98.33N.m,再根据公式计算标准差(Sigma)为0.51,最后根据3 Sigma 原则计算出动态控制规格的上限、下限及目标值。

表3动态扭矩数据收集表的上限值为99.86N.m,下限值为96.82N.m。对上下限平均取整,动态扭矩控制范围在97N.m~100N.m。

表4 静态扭矩测试数据

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法(一文带你了解)

根据以上数据,计算得出30 组静态扭矩平均值为85.42N.m,再根据公式计算标准差(Sigma)为1.71,最后根据3 Sigma 原则计算出静态控制规格的上限、下限及目标值。

表4 静态扭矩数据收集表扭矩的上限值为90.55N.m,下限值为0.29N.m。对上下限平均取整,静态扭矩控制范围在80N.m~91N.m。

 

四、影响动态扭矩和静态扭矩关系的要素

 

  • 连接件的软硬

被连接件较软:如铝件

紧固件尺寸:直径小的,螺栓长的偏软

涂层:特殊涂层材料偏软

是否有垫片:有些垫片偏软

温度影响:钢铝连接,不同材料的热膨胀系数不同

 

  • 拧紧设备和拧紧方法

拧紧工具:拧紧设备的误差

拧紧方法:一步法拧紧和多步法拧紧,角度法拧紧和扭矩法拧紧

 

  • 扭矩检测

人员:相同扳手,不同人员测试出来数值是有差异的,测静态扭矩人员应培训并持证上岗

检测工具和方法:工具的差异和方法的差异会影响检测结果

 

五、螺丝君经验总结

第一,动态扭矩和静态扭矩是保证连接副质量的两个重要指标,两者有区别又有一定的联系。动态扭矩测量的目的是要保证拧紧过程中的扭矩是合格的。

静态扭矩测量的目的是验证动态过程是否发生变异,同时确保拧紧后连接件的夹紧力的可靠性。

影响动态扭矩和静态扭矩关系的要素有连接副的软硬、拧紧设备和拧紧方法、扭矩检测等。

第二,实际应用中,需要分清连接副的连接状态,建立关键动态、静态扭矩控制图表,通常根据实际连接副的测试数据,采用统计的方法确定控制表,并定期优化控制表。

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