一種螺栓連接后實(shí)際扭矩檢測(cè)方法

王國(guó)平 高明 張國(guó)旺

摘 要：目前車(chē)輛在行駛一段時(shí)間以后，車(chē)體的緊固件需要復(fù)檢一次。目前檢測(cè)的方式為增擰法，但是太考驗(yàn)檢測(cè)者的經(jīng)驗(yàn)積累，增擰的角度很難做到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致檢測(cè)的誤差比較大，很難準(zhǔn)確的檢測(cè)出已連接緊固件的真實(shí)扭矩值。同時(shí)數(shù)據(jù)的記錄也是手動(dòng)記錄法，大大的降低了檢測(cè)效率。為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)研發(fā)一種螺栓連接后實(shí)際扭矩檢測(cè)的方法，突破了檢測(cè)過(guò)程非常依靠檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和操作難度大的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)的檢測(cè)方法，高精度的角位移檢測(cè)手段，同時(shí)可以自動(dòng)記錄以及生成數(shù)據(jù)報(bào)表。

關(guān)鍵詞：扭矩;增擰角;緊固件;扭矩檢測(cè)

Abstract：At present，the vehicle body fasteners need to be re-checked after a period of time.At present，the method of detection is torsion method，but it is too testing the experience of the tester，and it is difficult to achieve a unified standard of the Angle of screw fixation，which leads to a large error in the detection，and it is difficult to accurately detect the real torque value of the connected fastener.At the same time，data recording is also manual recording，which greatly reduces the detection efficiency.In order to solve the shortage of current technology，a method for testing actual torque after bolt connection is designed and developed，which breaks through the current situation that the testing process relies on the testing experience and the difficulty of operation，and realizes the scientific detection method，the high-precision angular displacement detection method，and can automatically record and generate data reports.

Key words：torque;tightening angle;fastener;torque detection.

1.引言

產(chǎn)品在研發(fā)及生產(chǎn)制造過(guò)程中，其各零部件之間大多采用螺栓、螺母等連接方式，裝配過(guò)程中，會(huì)根據(jù)各零部件之間的具體連接應(yīng)力推算預(yù)緊力，然后選用合適規(guī)格的螺栓進(jìn)行連接，并按照要求施加上合適的力矩。車(chē)輛在行駛一段時(shí)間以后，車(chē)體的緊固件需要復(fù)檢一次。目前檢測(cè)的方式為增擰法，但是太考驗(yàn)檢測(cè)者的經(jīng)驗(yàn)積累，增擰的角度很難做到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致檢測(cè)的誤差比較大，很難準(zhǔn)確的檢測(cè)出已連接緊固件的真實(shí)扭矩值。同時(shí)數(shù)據(jù)的記錄也是手動(dòng)記錄法，大大的降低了檢測(cè)效率。本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法主要依賴(lài)于復(fù)合扭矩傳感器，可以高精度檢測(cè)角位移變化和扭矩變化。再配合工控機(jī)采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、顯示（導(dǎo)出）數(shù)據(jù)等步驟，可以方便快捷的查看記錄檢測(cè)結(jié)果。

1.1.系統(tǒng)工作原理

在傳感器中，要測(cè)量的物理尺寸如扭矩、力、質(zhì)量、角位移等被轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)。在電子設(shè)備中，該電信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)可以在界面讀出。這里使用的數(shù)字接口提供串行COM端口來(lái)連接pc。傳感器會(huì)把扭矩、力、角位移等信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，通過(guò)傳感器USB口傳輸?shù)焦た貦C(jī)中，在工控機(jī)中進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)工控機(jī)中程序的運(yùn)算、判斷得出結(jié)果。這個(gè)結(jié)果會(huì)被顯示在主站顯示屏幕上，使用者很方便就可以得到想要的結(jié)果，非常方便好用。同時(shí)，工控機(jī)還和excel做了銜接，可以把測(cè)試結(jié)果做成報(bào)告。另外，還可實(shí)現(xiàn)客戶(hù)報(bào)告模板的導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)一步到位，直接生成客戶(hù)要求模板的報(bào)告，省去了很多麻煩的過(guò)程。系統(tǒng)工作原理流程如下圖：

該扭矩檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

1）扭矩檢測(cè)過(guò)程中增擰角度的檢測(cè)，不在是全憑經(jīng)驗(yàn)，角度可以量化檢測(cè)，保證檢測(cè)結(jié)果更接近真實(shí)扭矩值。

2）實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果到工控機(jī)上。

3）自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成報(bào)表。

4）檢測(cè)精度更高。

1.2.復(fù)合扭矩傳感器

德國(guó)梅斯泰克0301款動(dòng)態(tài)扭矩復(fù)合傳感器性能穩(wěn)定，檢測(cè)精度為0.1%，檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)扭矩和角位移復(fù)合傳感器機(jī)身上一端設(shè)置有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)英制3/4方頭，用來(lái)安裝套筒，另一端設(shè)置有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方孔，用來(lái)安裝棘輪扳手，并且在機(jī)身上還設(shè)置有一個(gè)輸出接口與顯示記錄單元連接，將傳感器獲取的數(shù)據(jù)傳輸于顯示處理單元同時(shí)傳感器體積偏小，重量較輕，滿(mǎn)足我們方便攜帶的要求，可以在狹小空間等要求。

1.3.工控機(jī)

工控機(jī)（Industrial Personal Computer，IPC）即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具總稱(chēng)。工控機(jī)具有重要的計(jì)算機(jī)屬性和特征，如具有計(jì)算機(jī)CPU、硬盤(pán)、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計(jì)算能力、友好的人機(jī)界面。工控行業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)非常特殊，屬于中間產(chǎn)品，是為其他各行業(yè)提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計(jì)算機(jī)。

1.4.數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

1）串口接口電路

串口通信接口電路通常是以MAX3232作為核心，把MAX3232跟MAX232作對(duì)比看以發(fā)現(xiàn)它們的區(qū)別只是在于供電電壓的不同。MAX3232是3.3V，而MAX232的供電電壓是5V。

RS-232C的所有技術(shù)指標(biāo)MAX3232都符合。而MAX3232的優(yōu)點(diǎn)在于僅需要單一的+5V電源對(duì)其供電，其本身片載電荷泵使其具備了升壓和電壓極性轉(zhuǎn)變的性能。

max3232具有二路接收器和二路驅(qū)動(dòng)器，提供1uA關(guān)斷模式，有效降低功效并延遲便攜式產(chǎn)品的電池使用壽命。可以發(fā)出+10V和-10V的電壓V+、V-，功耗低。由于它集成度高所以它的外部最低只要接4個(gè)電容就可以工作。

1.5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件采用C#配合使用prism框架來(lái)建立程序架構(gòu)。使用MVVM模式將業(yè)務(wù)邏輯和UI邏輯分離開(kāi)，維持清晰的UI和業(yè)務(wù)邏輯的分離有助于專(zhuān)注開(kāi)發(fā)和修改。本軟件設(shè)計(jì)編寫(xiě)上位機(jī)與傳感器之間的串行通訊協(xié)議，可以解決數(shù)字扭矩傳感器的數(shù)字接口高速度輸出的要求，確保設(shè)備數(shù)據(jù)輸出精確性。

系統(tǒng)工作流程：

1） 通過(guò)扭矩扳手進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

2） 扭矩傳感器獲取到轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)據(jù)和扭矩值。

3） 將數(shù)據(jù)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換。

4） 通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

5） 工控機(jī)接收數(shù)據(jù)。

6） 將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

7） 通過(guò)上位機(jī)軟件將數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來(lái)。

流程圖見(jiàn)圖2-1：

2.試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

為了檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我們用設(shè)備先施加固定扭矩值，然后設(shè)定角位移，測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試數(shù)據(jù)可以達(dá)到一個(gè)很小的誤差。

對(duì)扭矩施加值和扭矩檢測(cè)值對(duì)比表：

分析數(shù)據(jù)得出，滿(mǎn)足使用扭矩檢測(cè)方法（數(shù)顯扭矩施加模式）對(duì)螺栓、管接頭施加基準(zhǔn)扭矩，1分鐘內(nèi)使用扭矩檢測(cè)方法（緊固件連接后扭矩檢測(cè)模式）進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與基準(zhǔn)扭矩的偏差不超過(guò)±4%的設(shè)計(jì)要求。

3.結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)方法主要針對(duì)市面上沒(méi)目前檢測(cè)的方式為增擰法，但是太考驗(yàn)檢測(cè)者的經(jīng)驗(yàn)積累，增擰的角度很難做到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致檢測(cè)的誤差比較大，很難準(zhǔn)確的檢測(cè)出已連接緊固件的真實(shí)扭矩值。同時(shí)數(shù)據(jù)的記錄也是手動(dòng)記錄法，大大的降低了檢測(cè)效率，而設(shè)計(jì)出的一種新的螺栓連接后實(shí)際扭矩檢測(cè)方法。可以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量增擰角，保證檢測(cè)精度的真實(shí)性，同時(shí)還可以非常方便快捷的把結(jié)果顯示和記錄在工控機(jī)上，方便使用者的查看和操作，還可以為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)后續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：

王國(guó)平。男。漢。江蘇鹽城。1987.09.08。本科。工作單位：南京中車(chē)浦鎮(zhèn)城軌車(chē)輛有限責(zé)任公司。職稱(chēng)：高級(jí)工程師。主要研究方向或從事工作：軌道車(chē)輛工藝研究。郵編：210031