一種螺栓連接后實際扭矩檢測方法

王國平 高明 張國旺

摘 要：目前車輛在行駛一段時間以后，車體的緊固件需要復檢一次。目前檢測的方式為增擰法，但是太考驗檢測者的經驗積累，增擰的角度很難做到一個統一的標準，這就導致檢測的誤差比較大，很難準確的檢測出已連接緊固件的真實扭矩值。同時數據的記錄也是手動記錄法，大大的降低了檢測效率。為了解決現有技術的不足，設計研發一種螺栓連接后實際扭矩檢測的方法，突破了檢測過程非常依靠檢測經驗和操作難度大的現狀，實現了科學的檢測方法，高精度的角位移檢測手段，同時可以自動記錄以及生成數據報表。

關鍵詞：扭矩;增擰角;緊固件;扭矩檢測

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

產品在研發及生產制造過程中，其各零部件之間大多采用螺栓、螺母等連接方式，裝配過程中，會根據各零部件之間的具體連接應力推算預緊力，然后選用合適規格的螺栓進行連接，并按照要求施加上合適的力矩。車輛在行駛一段時間以后，車體的緊固件需要復檢一次。目前檢測的方式為增擰法，但是太考驗檢測者的經驗積累，增擰的角度很難做到一個統一的標準，這就導致檢測的誤差比較大，很難準確的檢測出已連接緊固件的真實扭矩值。同時數據的記錄也是手動記錄法，大大的降低了檢測效率。本文設計的檢測方法主要依賴于復合扭矩傳感器，可以高精度檢測角位移變化和扭矩變化。再配合工控機采集數據、分析數據、處理數據、顯示（導出）數據等步驟，可以方便快捷的查看記錄檢測結果。

1.1.系統工作原理

在傳感器中，要測量的物理尺寸如扭矩、力、質量、角位移等被轉換為模擬電信號。在電子設備中，該電信號被轉換成數字信號可以在界面讀出。這里使用的數字接口提供串行COM端口來連接pc。傳感器會把扭矩、力、角位移等信號轉換為模擬電信號，通過傳感器USB口傳輸到工控機中，在工控機中進行數模轉換，轉化為數字信號，經過工控機中程序的運算、判斷得出結果。這個結果會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果，非常方便好用。同時，工控機還和excel做了銜接，可以把測試結果做成報告。另外，還可實現客戶報告模板的導入，實現一步到位，直接生成客戶要求模板的報告，省去了很多麻煩的過程。系統工作原理流程如下圖：

該扭矩檢測系統的優點：

1）扭矩檢測過程中增擰角度的檢測，不在是全憑經驗，角度可以量化檢測，保證檢測結果更接近真實扭矩值。

2）實時顯示檢測結果到工控機上。

3）自動記錄數據，自動生成報表。

4）檢測精度更高。

1.2.復合扭矩傳感器

德國梅斯泰克0301款動態扭矩復合傳感器性能穩定，檢測精度為0.1%，檢測系統的動態扭矩和角位移復合傳感器機身上一端設置有一個標準英制3/4方頭，用來安裝套筒，另一端設置有一個標準方孔，用來安裝棘輪扳手，并且在機身上還設置有一個輸出接口與顯示記錄單元連接，將傳感器獲取的數據傳輸于顯示處理單元同時傳感器體積偏小，重量較輕，滿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

工控機（Industrial Personal Computer，IPC）即工業控制計算機，是一種采用總線結構，對生產過程及機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的工具總稱。工控機具有重要的計算機屬性和特征，如具有計算機CPU、硬盤、內存、外設及接口，并有操作系統、控制網絡和協議、計算能力、友好的人機界面。工控行業的產品和技術非常特殊，屬于中間產品，是為其他各行業提供可靠、嵌入式、智能化的工業計算機。

1.4.數模轉換設計

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作對比看以發現它們的區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的所有技術指標MAX3232都符合。而MAX3232的優點在于僅需要單一的+5V電源對其供電，其本身片載電荷泵使其具備了升壓和電壓極性轉變的性能。

max3232具有二路接收器和二路驅動器，提供1uA關斷模式，有效降低功效并延遲便攜式產品的電池使用壽命。可以發出+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個電容就可以工作。

1.5.系統軟件設計

軟件采用C#配合使用prism框架來建立程序架構。使用MVVM模式將業務邏輯和UI邏輯分離開，維持清晰的UI和業務邏輯的分離有助于專注開發和修改。本軟件設計編寫上位機與傳感器之間的串行通訊協議，可以解決數字扭矩傳感器的數字接口高速度輸出的要求，確保設備數據輸出精確性。

系統工作流程：

1） 通過扭矩扳手進行轉動。

2） 扭矩傳感器獲取到轉動的數據和扭矩值。

3） 將數據進行放大和模數轉換。

4） 通過串口將數據發送出去。

5） 工控機接收數據。

6） 將接收到的數據進行分析。

7） 通過上位機軟件將數據展現出來。

流程圖見圖2-1：

2.試驗及數據分析

為了檢驗檢測數據的準確性，我們用設備先施加固定扭矩值，然后設定角位移，測試數據，測試數據可以達到一個很小的誤差。

對扭矩施加值和扭矩檢測值對比表：

分析數據得出，滿足使用扭矩檢測方法（數顯扭矩施加模式）對螺栓、管接頭施加基準扭矩，1分鐘內使用扭矩檢測方法（緊固件連接后扭矩檢測模式）進行檢測，檢測結果與基準扭矩的偏差不超過±4%的設計要求。

3.結束語

本文設計方法主要針對市面上沒目前檢測的方式為增擰法，但是太考驗檢測者的經驗積累，增擰的角度很難做到一個統一的標準，這就導致檢測的誤差比較大，很難準確的檢測出已連接緊固件的真實扭矩值。同時數據的記錄也是手動記錄法，大大的降低了檢測效率，而設計出的一種新的螺栓連接后實際扭矩檢測方法。可以統一標準的測量增擰角，保證檢測精度的真實性，同時還可以非常方便快捷的把結果顯示和記錄在工控機上，方便使用者的查看和操作，還可以為產品的設計后續改進提供依據。

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作者簡介：

王國平。男。漢。江蘇鹽城。1987.09.08。本科。工作單位：南京中車浦鎮城軌車輛有限責任公司。職稱：高級工程師。主要研究方向或從事工作：軌道車輛工藝研究。郵編：210031