彭志平 臧廷伟 欧阳文蛟
北京汽车研究总院有限公司，北京 101300
摘要：定扭力扳手广泛用于汽车制造过程中，若使用方法不规范或维护保养不当，定扭力扳手的使用误差变大。本文对定扭力扳手的结构、工作原理、校准方法及存在问题改善做了简单介绍。
关键词： 扭矩值，误差。
引言：样车试制通常用定扭力扳手来对螺栓或螺母施加预紧力，以达到设计的力矩值，保证产品装配质量。但由于定扭力扳手使用频率较高，内部零件磨损、使用方法及校准方法不规范等原因，从而产生误差。
一、定扭力扳手试制中应用及问题
1、定扭力扳手结构及工作原理
定扭力扳手是拧紧螺栓、螺母的工作用计量器具,由扳子方头、连杆及其内部扭矩预置机构、受力部分等组成。定扭力扳手是依据梁的弯曲原理、扭杆的弯曲原理和螺旋弹簧的压缩原理而设计。
2、定扭力扳手校准方法
将扭矩测试仪放置在平台上,选取合适转换头；将扭力扳手平稳放在扭矩测试仪上，扳手手柄与扭矩测试仪滑块对齐；启动预热扭矩测试仪，确定扭矩测试仪在0位；选择合适测量模式（信号式工具用峰值模式（PEAK）直读式工具采用运转模式（RUN）），摇动扭矩测试仪，核对扭矩测试仪扭矩与扳手设定扭矩值是否一致，反复校准3次，扭矩值在标定值±3%以内即合格；若超过标定值±3%，需要对扳手扭力值进行调整，直至设定扭力值在标定值±3%以内。
3、定扭力扳手使用过程中存在问题
在某项目样车试制过程中，试制现场使用定扭力扳手拧紧ESC管接头及支架力矩，使用数显扭力扳手检查发现，ESC管接头及支架与车身连接力矩部分存在超差问题，见表1-1，其中红色部分为超差力矩值。
序号 使用部位 定扭力扳手设定值（N?m） 检测扭矩值（N?m）
1 ESC管接头 16±2 16.94 17.90 18.40 16.05 17.24 17.14 17.41 16.72 15.75 18.32 15.75 18.75 16.93 17.57 16.60 18.74 16.11 15.68 17.75 18.17 15.91 16.56 17.78 18.04 17.37
2 ESC支架与车身连接 23±2 25.18 28.86 24.64 24.69 26.84
23.84 24.59 25.16 25.57 25.23
25.47 26.48 24.47 25.67 25.84
24.93 24.75 23.86 25.23 23.96
23.46 25.71 24.09 25.87 25.26
表1-1 ESC管接头及支架力矩检测记录表
二、定扭力扳手使用误差偏大问题分析
影响定扭力扳手准确度的因素很多，主要从工具选型、操作方法、检测方法、读数、螺纹摩擦几个方面进行分析。
（1）工具选型的影响
根据产品力矩要求，选用合适量程的扭力扳手，若量程过大，则相应的工具本身将变大，使用过程操作不便，由于量程较大，拧紧较小扭矩时，工具及示值误差将相应变大；反之使操作者劳动强度增大，并使定扭力扳手的示值误差变大。
（2）操作方法的影响?
使用扳手时，施力方向应与扳手方向垂直，若作用力F偏离扳手垂直方向，则F可分解为沿定扭力扳手方向的力和垂直于定扭力扳手方向的力。偏离角度过大会在螺栓上产生一个弯曲力，并增大单边摩擦，造成扭矩值偏差。
（3）检测方法的影响
用数显扭矩扳手检测力矩值时，若施力过大，旋转角度超过60°时，则造成扭矩值超差；应选用与螺栓螺母相匹配的套筒，如果套筒不匹配，检测过程套筒旋转而螺栓未旋转，由于套筒与螺栓的摩擦力误认为是检测力矩值，则会出现检测力矩值偏小问题。
（4）示值读数的影响?
设置定扭力扳手力矩值时存在估读，从而带来误差。测量范围为（20-100）N?m，在使用测量点20 N?m处，读数误差为2%，占整个定扭力扳手示值相对误差的比例达到50%，因此在定扭力扳手的测量下限处，读数误差所造成的影响最大。
（5）摩擦力的影响
螺栓螺纹之间存在摩擦力，由摩擦造成的扭矩损耗测量困难，将出现扭矩值波动，螺栓拧紧过程，扭矩T与预紧力Q存在正比关系。其中K可影响扭矩和预紧力关系的每一个因素，如摩擦系数，扭转变形，弯曲变形等，由于摩擦力与K有直接关系，所以T值的准确度取决于螺纹与接触面的摩擦损耗，摩擦力对预紧力的影响如图2-1所示，由图可知摩擦力影响预紧力，并影响扭矩值。
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三、定扭力扳手误差大问题解决及验证
1、定扭力扳手误差问题改善措施
第一，应选择合适量程定扭力扳手，如下：
⑴扭矩200 N?m以下，量程最佳范围30 %～90 %，最佳容量70%；
⑵扭矩200 N?m以上，量程最佳范围30 %～70 %，最佳容量70%。
因为在这个范围内，定扭力扳手的弹簧有良好预紧力且变形余量充足。
第二，操作定扭力扳手时，应握住手柄缓慢施力，施力方向与扳手垂直。
第三，力矩值检测时，应选量程与力矩值相匹配的数显扭力扳手，检测过程缓慢施力，且螺栓旋转角度不应超过60°。
第四，定扭力扳手不应有缺陷，校准标签在有效期内。?
第五，定扭力扳手禁止扔掷、震动及敲打等。
2、效果验证
通过对定扭力扳手出现误差发生原因进行改善，改善后对ESC管接头及支架力矩值检测记录见表3-1，ESC支架与车身连接扭矩值检测数据均在公差范围内，由此可见，改善方案实施后改善了定扭力扳手使用过程中的误差问题。
序号 使用部位 定扭力扳手设定值（N?m） 检测扭矩值（N?m）
1 ESC管接头 16±2 15.43 16.71 16.29 15.53 16.44
17.13 16.67 16.50 16.27 16.90
16.23 17.37 15.84 17.99 15.12
18.00 17.72 16.96 16.54 17.37 17.65 15.94 16.36 17.16 16.55
2 ESC支架与车身连接 23±2 22.05 22.10 22.09 22.08 22.11
22.12 22.09 22.11 22.11 22.09
22.08 22.08 22.07 22.08 22.11
22.10 22.07 22.10 22.11 22.08
22.05 22.06 22.08 22.09 22.08
表3-1 ESC管接头及支架力矩值检测记录表
结束语：通过规范与提升定扭力扳手的选型、校准、拧紧、检测方法及维护保养，对减小定扭力扳手使用过程中的误差起到了积极作用，使产品拧紧力矩合格率大幅提升，因此，降低定扭力扳手的使用误差对提升汽车装配制造质量有着重要的意义。
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