扭矩法與扭矩轉角法比較與分析

于成杰

（山東萊州金泉搖臂有限公司,山東 萊州 261400）

螺紋連接是內燃機裝配中至關重要的技術手段之一。內燃機中大量關鍵部件的連接需要通過螺紋連接方式實現。因此，對螺栓擰緊過程的控制質量直觀重大。結合以往的實踐工作經驗來看，認為：為了使螺紋連接達到滿意的剛性效果，密封性效果，同時具有防松動的優勢，其關鍵在于向連接螺栓施加一個合理的預緊力。而在對預緊力進行控制與監測的過程當中，最常采取的技術手段有兩種類型：第一是扭矩法控制，第二是扭矩轉角法控制。為了能夠在實際工作中選擇精度水平更高，能夠滿足實際運行需求的控制方法，本文嘗試對扭矩法與扭矩轉角法做比較，具體研究如下：

1 扭矩控制分析

螺紋，特別是對于需要承受動載荷作用力的重要螺紋而言，進行螺紋連接的根本在于：通過利用螺紋緊固件的方式，實現螺紋與連接體的可靠連接。裝配擰緊的根本則在于：將螺栓的軸向預緊力控制在合理區間內。

在對軸向預緊力進行控制的過程當中，其上限與下限都應當有一定的控制標準：以上限控制標準為例，該取值會受到螺栓以及被連接件強度水平的影響，避免在預緊中出現拉長、脫扣、疲勞斷裂、以及壓縮破壞等方面的問題；以下限控制標準為例，該取值則會受到連接結構的影響，確保在整個擰緊過程當中螺紋與連接件能夠始終保持緊密貼合的關系。

結合以往的工作經驗來看認為螺栓軸向預緊力取值越高越有利。主要依據是，預緊力的提升會使螺栓的抗疲勞性能以及抗松動性能得到改善。因此，實際工作中，應當通過對扭矩法或扭矩轉角法的應用，在對材料強度進行充分利用的基礎之上，盡可能的將螺栓擰緊至屈服極限，以保障連接可靠，控制零件尺寸。

2 扭矩法與扭矩轉角法精度對比

下圖（見圖1）即為扭矩法與扭矩轉角法的控制示意圖。結合圖1來看，以圖中①、②分別表示2條規格一致的螺紋連接件所對應特性曲線。兩條曲線存在差異的主要因素是：材料因素，熱處理因素，表面粗糙度因素，尺寸精度因素，表面清潔度因素，表面潤滑程度因素，以及墊圈連接因素。兩條特性曲線在統一外加扭矩作用力的影響下產生與之相對應的預緊力，分別對應為F①、F②。因此，可以計算所對應的預緊力誤差取值為△F（△F=F①－F②）。

圖1 扭矩法與扭矩轉角法控制示意圖

在圖1所示的扭矩轉角控制法作用下，①、②兩條特性曲線的含義與扭矩法控制下的特性曲線完全一致。控制過程當中可以先用貼緊扭矩M0預擰緊處理，期間所產生的預緊力誤差取值為△F0，然后以M0（起始扭矩作用力）基礎之上轉動α角度，使其能夠與特性曲線①、②分別相交，交點分別為c、d，此期間所形成的預緊力差值可表示為△Fγ。在本控制方案下，應當滿足：

該公式下認為：在使用扭矩轉角法進行控制的過程當中，所誘發的軸向力散差基本傾向于穩定狀態下，期間所生成的預緊力差值為△F0。而在使用扭矩法對內燃機進行控制的過程當中，相對應于M1扭矩時產生的預緊力差值應當為△F1。認為兩者滿足“△F0＜△F1”。根據以上分析認為：在一般運行工況下，使用扭矩轉角控制法的控制精度明顯高于扭矩控制法控制精度。

3 結束語

從內燃機制造角度上來說，螺紋連接件作為關鍵性的構成要素之一，其連接件的質量水平備受各方重視，有關螺紋連接件的質量控制要求也更加的嚴格與具體。研究顯示：合理應用新型的擰緊工藝技術能夠確保螺栓軸向預緊力分布的合理性，從而達到優化螺紋連接件連接效果的目的。在本文對擰緊工藝技術進行分析的過程當中認為：在變形區間一定的條件下，由于螺栓與被連接體的剛度基本穩定，故而應用扭矩轉角控制法的控制精度明顯高于扭矩控制法控制精度。提示未來實際工作中，可以將扭矩轉角控制法作為擰緊工藝的重點發展方向。

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