1.代相军 2. 滕龙
2.中国航发哈尔滨东安发动机有限公司
3.黑龙江省哈尔滨市 150060
摘要：发动机装配是整个制造过程中至关重要的一步，这对于发动机在使用阶段运行的稳定性产生着重要的影响。并且发动机的装配在整个制造过程中所用的成本和制造时间都占了很大比重，其中成本占了40%，装配工作所用的时间占整个生产时长的50%。所以在装配环节中如何缩短装配时长和如何保障装配的质量，还有待进一步解决，而对于柔性化、自动化工装的研究可以有效解决上述问题。
关键词：扭矩；校准；扭矩传感器；
叙述了扭矩参数在设备动力性能检定、测试中的重要作用，总结了国内外扭矩校准技术的研究现状，剖析了各扭矩计量器具校准的特点。
一、扭矩计量标准器具的校准
1.标准扭矩仪的校准。标准扭矩仪是用于传递扭矩值的便携式仪器，按准确度等级可分为，用于基准扭矩值与标准扭矩值之间传递的标准扭矩仪(I类)和用于标准扭矩值与工作计量器具扭矩值之间传递的标准扭矩仪(Ⅱ类)，前者的准确度等级比后者高一个量级，可用扭矩国家基准进行校准，后者也可用前者进行校准。
2.扭矩标准装置的校准。扭矩标准装置是用于产生标准扭矩并施加于被校扭矩传感器或扭矩仪的装置。它的基本原理是：扭矩值等于力臂L(m)与力F(N)的乘积，即T=L*F，也就是在恒定臂长的杠杆上施加标准砝码(力值砝码)，产生扭矩，并使该扭矩传递到被校扭矩仪／扭矩传感器上。扭矩标准装置的校准通常是用工类标准扭矩仪进行校准。
3.扭力扳手检定装置的校准。扭力扳手检定装置主要包括力臂砝码式、力传感器式、扭矩传感器式三种类型，一般采用标准扭矩仪或扭矩标准装置对其进行校准。
二、扭矩工作计量器具的校准
扭矩工作计量器具包括扭转试验机、扭力扳手、工作扭矩仪、平衡类和能量类扭矩测量装置等。扭转试验机主要用于金属等原材料的扭转性能的试验，通常采用相应准确度等级的标准扭矩仪或扭矩标准装置对其进行校准，有些扭转试验机也可用扭矩校准杠杆进行校准。对工作扭矩仪以及各类扭矩测量装置，依据它们的量程和准确度的需要，使用相应的扭矩标准装置或专用校准装置进行校准。扭力扳手和扭矩传感器是工作计量器具中使用较为广泛的两类计量器具，下面将对它们的校准技术进行的介绍。
1.扭力扳手的校准。(1)力臂砝码式。力臂砝码式扭力扳手校准装置的测量原理是将扭力扳手的一端固定，在扳手的把手上挂上标准砝码，再把固定端与挂砝码端的长度测出，两者相乘，就得到了施加的标准扭矩，再用扳手的示值与标准扭矩进行比较，就可以得出扳手的误差，该方法的特点是简便，不需要复杂的装置，但测量误差很大，只适用对准确度要求很低的场合。(2)力传感器式。鉴于力臂砝码式校准装置误差较大、速度慢，设计了一种力传感器式扭力扳手校准装置，如图1所示。该装置的工作方式是扭力扳手的头部嵌入夹持装置(5)中，给转动轮(6)一个转动力矩肘，通过齿轮传动，使夹持装置(5)转动，并带动扭力扳手的头部转动，此时力传感器(2)受到一个力F，通过二次仪表(1)显示出来，而支架(3)上的定位槽位置确定力臂L，由此得出力矩T=F*￡。这个标准扭矩值与扭力扳手的读数值进行比较，其差值就是该扭力扳手的误差。
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图1力传感器式扭力扳手投足蓑置
l一二次仪表；2．力传感器；卜支架；4--扭力扳手；5一夹持装置：卜转动轮
（3）扭矩传感器式。上述的力臂砝码式和力传感器式扭力扳手校准装置，都是通过长度L与力值F的乘积获得标准扭矩。标准扭矩的准确度取决于两参数L，F的准确度。而扭矩传感器式扭力扳手校准装置中的标准扭矩直接来源于扭矩标准装置定度的扭矩传感器。
2.扭矩传感器的校准。(1)传统送检校准(实验室校准法)根据扭矩传感器的结构特点，校准方法大多是将其送计量实验室进行扭矩静态标定，比较成熟的是力臂杠杆加砝码的方法，其主要原因是标准砝码质量精度高、稳定性好。静重式标准扭矩传感器校准系统系统以砝码、杠杆产生标准力矩，配以力矩平衡装置，由计算机自动处理数据并给出相应测试报告。主要包括杠杆系统、砝码加载装置、砝码、力矩平衡装置、计算机、电控箱、机座等。标准扭矩传感器校准系统的工作原理是：在检定、校准过程中，计算机向电控箱发出指令，通过力臂杠杆的作用产生标准力矩，借助力矩平衡装置按预定顺序自动、平稳、准确地把作用力矩和平衡力矩施加到被校扭矩传感器上，标准力矩与扭矩传感器的读数差值就是该扭矩传感器的误差。标准扭矩传感器校准系统具有实时性高、数据精度高、成本低、易维护、调试操作方便等优点。(2)一种新型扭矩传感器校验仪为了能够在动态加载情况下对扭矩传感器进行校验，设计了一种新型扭矩传感器校验仪，该校验仪采用了虚拟仪器技术，使仪器具有灵活、可自定义、具有强大数据处理和分析功能、易于嵌入数字补偿等特点。通过控制磁粉制动器，使扭矩传感器校验仪具有灵活的加载方式，并且采取PDD的控制方法克服了磁粉制动器低速时的不稳定现象，该校验仪的结构如图2所示。
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图2扭矩传感器校验仪结构
1、1l一脉冲编码器；2一交流变频电机；3、5、9---联轴器；4一减速机；6、8一支架；7一被测传感器；1卜磁粉制动器；14一底座
扭矩传感器校验仪的工作原理是首先把标准的扭矩传感器安装在图2中被测传感器的位置，标定安装在磁粉制动器上的力传感器，记录磁粉制动器的电流控制器输出的电压值及对应的力传感器的输出值和标准传感器的值，然后应用最小乘法拟合最佳曲线，找出它们之间的关系。卸下标准传感器，再把被测扭矩传感器安装在被测位置。通过已经找到的曲线关系可以算出被测传感器的输出值，然后与被测扭矩传感器的显示值进行比较和校验。通过控制磁粉制动器输入电流，从而达到改变加载形式的目的。它能够使扭矩传感器校验仪在动态运行状态下进行校验，是对传统的静态下校验方法的改进。(3)磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪。微扭矩传感器适用于微小扭矩测量，具有测量精度高、分辨率高和不确定度小等特性。常规的扭矩传感器校准仪常采用悬臂梁加砝码的结构，结构简单，稳定性好，但也存在摩擦阻力矩等干扰因素，难以满足微扭矩传感器计量校准。国家电机及机械零部件产品质量监督检验中心徐君等提出了一种磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪的设计方案。该校准仪在原有悬臂梁加砝码的结构基础上，垂直放置扭矩传感器，并采用磁悬浮结构、纯扭矩加载方式和轻质复合材料，极大消除了摩擦阻力矩等干扰因素的负面影响，提高了测量精度。新型微扭矩传感器校准仪结构原理图如图3所示。
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图3微扭矩传感器校准仪结构原理图
1一磁座；卜力臂；3一轴承架；4_调高支撑脚；5一底座；6--导轨；卜砝码；8_引线；卜磁铁；1卜待校准的微扭矩传感器；ll一轴承；12_抱紧块；13一导柱；14一定位块
待校准的微扭矩传感器通过定位块和抱紧块固定在底座上，转轴上安装力臂；两根导轨对称固定在底座上，并在上面安装可沿导轨上下移动的轴承架；轴承架上安装微型轴承；引线绕过力臂圆弧状的端部并挂在微型轴承上，一端固定在力臂上，另一端固定一砝码；力臂中心处磁铁与磁座中心处磁铁处于相吸状态，调整磁座高度来改变磁力大小，进而使力臂处于悬浮状态；底座上安装调高支撑脚，调节整个机构到水平位置，校准原理与静重式标准装置中悬臂梁加砝码的校准原理一致。
总之，现代计量校准科技的不断进步推动扭矩校准技术朝着超大扭矩、微小扭矩、高准确度校准、现场校准、动态扭矩校准等研究方向不断前进。
参考文献：
[1]刘宝林．标准扭矩传感器校准系统的研制．2019.
[2]郭海.关于装配中自动化力矩拧紧设备校准技术的研究.2020.