動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩的影響因素和分析 

動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩的影響因素和控制方法
在緊固件擰緊過程中是不是有碰到這樣的問題？
不同連接副上，動(dòng)態(tài)扭矩都是30Nm，但有的連接副靜態(tài)扭矩是33Nm或更高(高于動(dòng)態(tài)扭矩)，也有的連接副靜態(tài)扭矩卻只有26Nm或更低(低于動(dòng)態(tài)扭矩)，這是為什么呢？
哪些因素會影響動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩呢？兩者有什么聯(lián)系和區(qū)別呢？實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)如何控制？
今天，我們通過本篇文章給各位老鐵作答疑。
01動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩的定義

動(dòng)態(tài)扭矩是在擰緊螺栓的過程中用擰緊槍傳感器測量得到的扭矩，是螺栓克服動(dòng)態(tài)摩擦所達(dá)到的扭矩。扭矩扳手和動(dòng)力工具都可以施加動(dòng)態(tài)扭矩。
下圖為某高精度槍的擰緊曲線，曲線的終點(diǎn)即工藝點(diǎn)即為動(dòng)態(tài)扭矩。

靜態(tài)扭矩是緊固件被擰緊的螺栓停止后，再繼續(xù)沿著擰緊方向克服靜態(tài)摩擦所達(dá)到的*大扭矩為靜態(tài)扭矩。

一般使用的表盤式或數(shù)顯式扭矩扳手測量的扭矩值為靜態(tài)扭矩。

02動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩的關(guān)系

動(dòng)態(tài)扭矩測量的目的是要保證擰緊過程中的扭矩是合格的。靜態(tài)扭矩測量的目的是驗(yàn)證動(dòng)態(tài)過程是否發(fā)生變異，同時(shí)確保擰緊后連接件的夾緊力的可靠性。

靜態(tài)扭矩應(yīng)該和動(dòng)態(tài)扭矩一致。但是實(shí)際上，二者關(guān)系主要受兩個(gè)方面的影響：靜態(tài)摩擦力和彈性衰減。


1.靜態(tài)摩檫力的影響
由于存在靜態(tài)摩擦力，在檢測的過程中需要額外的扭矩克服靜態(tài)摩擦力，讓螺栓動(dòng)起來。因此，產(chǎn)生了靜態(tài)扭矩比動(dòng)態(tài)扭矩要高的趨勢。

在某些情況下，我們會測量到比動(dòng)態(tài)扭矩更高的靜態(tài)扭矩。這個(gè)并不意味著有更大的夾緊力，而僅僅是靜摩擦力的影響。

2. 彈性衰減的影響

由于靜態(tài)扭矩是在擰緊之后進(jìn)行測量。連接件經(jīng)過一定的時(shí)間后，材料受力會有蠕變和嵌入發(fā)生。產(chǎn)生扭矩衰減。彈性衰減使靜態(tài)扭矩產(chǎn)生比動(dòng)態(tài)扭矩要偏小的趨勢。

通常情況下，硬連接上靜態(tài)扭矩一般大于動(dòng)態(tài)扭矩，如下圖所示，B點(diǎn)（靜態(tài)扭矩）的扭矩高于A點(diǎn)（動(dòng)態(tài)扭矩）的扭矩。

而軟連接上動(dòng)態(tài)扭矩一般大于靜態(tài)扭矩，如下圖所示，B點(diǎn)（靜態(tài)扭矩）的扭矩低于A點(diǎn)（動(dòng)態(tài)扭矩）的扭矩。


對于緊固件的連接方式不同，其作用于聯(lián)接副的動(dòng)態(tài)扭矩與靜態(tài)扭矩也有所不同。通過典型的硬連接及軟連接緊固件的動(dòng)靜態(tài)扭矩的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
下面我們以一個(gè)實(shí)際案例看下，軟連接和硬連接中靜態(tài)扭矩和動(dòng)態(tài)扭矩的差異。
硬鏈接方式的動(dòng)靜態(tài)扭矩測量10組數(shù)據(jù)如表1所示。通過計(jì)算得出動(dòng)態(tài)均值為91.84N.m，靜態(tài)均值為101.39N.m。

表1 某硬連接方式扭矩測量數(shù)據(jù)

軟連接方式的動(dòng)靜態(tài)扭矩測量10組數(shù)據(jù)如表2所示。通過計(jì)算得出動(dòng)態(tài)均值為90.42N.m，靜態(tài)均值為77.78N.m。

由以上兩組對比數(shù)據(jù)可得出，對于硬連接形式的螺紋副，靜態(tài)扭矩要大于動(dòng)態(tài)扭矩，而軟連接形式的螺紋副，靜態(tài)扭矩要小于動(dòng)態(tài)扭矩。

表2 某軟連接方式扭矩測量數(shù)據(jù)


03動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩的控制應(yīng)用

一般文件中給定的扭矩標(biāo)準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)扭矩，而實(shí)際檢驗(yàn)員用表盤式扭矩扳子檢測到的扭矩為靜態(tài)扭矩。動(dòng)態(tài)扭矩與靜態(tài)扭矩一般情況下都會存在差異。

為了更好的控制螺栓的扭力，可以對汽車裝配件的螺栓扭矩分兩部分來進(jìn)行控制，一是擰緊過程中使用動(dòng)態(tài)扭矩控制，二是裝配好的零件用靜態(tài)扭矩來監(jiān)督。這樣能夠更準(zhǔn)確真實(shí)的反映螺栓的實(shí)際扭矩。

表3 動(dòng)態(tài)扭矩測試數(shù)據(jù)
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算得出30 組動(dòng)態(tài)扭矩平均值為：98.33N.m，再根據(jù)公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差（Sigma）為0.51，*后根據(jù)3 Sigma 原則計(jì)算出動(dòng)態(tài)控制規(guī)格的上限、下限及目標(biāo)值。
表3動(dòng)態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)收集表的上限值為99.86N.m，下限值為96.82N.m。對上下限平均取整，動(dòng)態(tài)扭矩控制范圍在97N.m～100N.m。

表4 靜態(tài)扭矩測試數(shù)據(jù)
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算得出30 組靜態(tài)扭矩平均值為85.42N.m，再根據(jù)公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差（Sigma）為1.71，*后根據(jù)3 Sigma 原則計(jì)算出靜態(tài)控制規(guī)格的上限、下限及目標(biāo)值。

表4 靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)收集表扭矩的上限值為90.55N.m，下限值為0.29N.m。對上下限平均取整，靜態(tài)扭矩控制范圍在80N.m～91N.m。

04影響動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩關(guān)系的要素


連接件的軟硬
被連接件較軟：如鋁件

緊固件尺寸：直徑小的，螺栓長的偏軟

涂層：特殊涂層材料偏軟

是否有墊片：有些墊片偏軟

溫度影響：鋼鋁連接，不同材料的熱膨脹系數(shù)不同

擰緊設(shè)備和擰緊方法

擰緊工具：擰緊設(shè)備的誤差

擰緊方法：一步法擰緊和多步法擰緊，角度法擰緊和扭矩法擰緊

扭矩檢測

人員：相同扳手，不同人員測試出來數(shù)值是有差異的，測靜態(tài)扭矩人員應(yīng)培訓(xùn)并持證上崗

檢測工具和方法：工具的差異和方法的差異會影響檢測結(jié)果