動態和靜態扭矩的影響因素和分析

動態扭矩和靜態扭矩的影響因素和分析 

動態扭矩和靜態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，動態扭矩都是30Nm，但有的連接副靜態扭矩是33Nm或更高(高于動態扭矩)，也有的連接副靜態扭矩卻只有26Nm或更低(低于動態扭矩)，這是為什么呢？
哪些因素會影響動態扭矩和靜態扭矩呢？兩者有什么聯系和區別呢？實際應用過程中應如何控制？
今天，我們通過本篇文章給各位老鐵作答疑。
01動態扭矩和靜態扭矩的定義

動態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，是螺栓克服動態摩擦所達到的扭矩。扭矩扳手和動力工具都可以施加動態扭矩。
下圖為某高精度槍的擰緊曲線，曲線的終點即工藝點即為動態扭矩。

靜態扭矩是緊固件被擰緊的螺栓停止后，再繼續沿著擰緊方向克服靜態摩擦所達到的*大扭矩為靜態扭矩。

一般使用的表盤式或數顯式扭矩扳手測量的扭矩值為靜態扭矩。

02動態扭矩和靜態扭矩的關系

動態扭矩測量的目的是要保證擰緊過程中的扭矩是合格的。靜態扭矩測量的目的是驗證動態過程是否發生變異，同時確保擰緊后連接件的夾緊力的可靠性。

靜態扭矩應該和動態扭矩一致。但是實際上，二者關系主要受兩個方面的影響：靜態摩擦力和彈性衰減。


1.靜態摩檫力的影響
由于存在靜態摩擦力，在檢測的過程中需要額外的扭矩克服靜態摩擦力，讓螺栓動起來。因此，產生了靜態扭矩比動態扭矩要高的趨勢。

在某些情況下，我們會測量到比動態扭矩更高的靜態扭矩。這個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

由于靜態扭矩是在擰緊之后進行測量。連接件經過一定的時間后，材料受力會有蠕變和嵌入發生。產生扭矩衰減。彈性衰減使靜態扭矩產生比動態扭矩要偏小的趨勢。

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

而軟連接上動態扭矩一般大于靜態扭矩，如下圖所示，B點（靜態扭矩）的扭矩低于A點（動態扭矩）的扭矩。


對于緊固件的連接方式不同，其作用于聯接副的動態扭矩與靜態扭矩也有所不同。通過典型的硬連接及軟連接緊固件的動靜態扭矩的數據進行比較。
下面我們以一個實際案例看下，軟連接和硬連接中靜態扭矩和動態扭矩的差異。
硬鏈接方式的動靜態扭矩測量10組數據如表1所示。通過計算得出動態均值為91.84N.m，靜態均值為101.39N.m。

表1 某硬連接方式扭矩測量數據

軟連接方式的動靜態扭矩測量10組數據如表2所示。通過計算得出動態均值為90.42N.m，靜態均值為77.78N.m。

由以上兩組對比數據可得出，對于硬連接形式的螺紋副，靜態扭矩要大于動態扭矩，而軟連接形式的螺紋副，靜態扭矩要小于動態扭矩。

表2 某軟連接方式扭矩測量數據


03動態扭矩和靜態扭矩的控制應用

一般文件中給定的扭矩標準是動態扭矩，而實際檢驗員用表盤式扭矩扳子檢測到的扭矩為靜態扭矩。動態扭矩與靜態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行控制，一是擰緊過程中使用動態扭矩控制，二是裝配好的零件用靜態扭矩來監督。這樣能夠更準確真實的反映螺栓的實際扭矩。

表3 動態扭矩測試數據
根據以上數據，計算得出30 組動態扭矩平均值為：98.33N.m，再根據公式計算標準差（Sigma）為0.51，*后根據3 Sigma 原則計算出動態控制規格的上限、下限及目標值。
表3動態扭矩數據收集表的上限值為99.86N.m，下限值為96.82N.m。對上下限平均取整，動態扭矩控制范圍在97N.m～100N.m。

表4 靜態扭矩測試數據
根據以上數據，計算得出30 組靜態扭矩平均值為85.42N.m，再根據公式計算標準差（Sigma）為1.71，*后根據3 Sigma 原則計算出靜態控制規格的上限、下限及目標值。

表4 靜態扭矩數據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，靜態扭矩控制范圍在80N.m～91N.m。

04影響動態扭矩和靜態扭矩關系的要素


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不同

擰緊設備和擰緊方法

擰緊工具：擰緊設備的誤差

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值是有差異的，測靜態扭矩人員應培訓并持證上崗

檢測工具和方法：工具的差異和方法的差異會影響檢測結果