王建国 赵亚军 康琳琦

摘  要：扭矩扳手也可以称为扭力扳手或者力矩扳手，可以调节和设置扭矩应用，在设备作业中，广泛应用。基于此，文章通过分析扭矩扳手工作原理以及优势，进一步分析了影响扭矩扳手准确性的相关因素，最后分析了扭矩扳手正确的使用方法以及计量方法，以期能够在实际应用中加强管理，严格控制误差，提高应用准确性。

关键词：扭矩扳手;准确性;影响因素

中图分类号：TS914.51 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0066-02

Abstract： Torque wrench is a kind of wrench which can be used to adjust and set torque. It is widely used in equipment operation. Based on this， by analyzing the working principle and advantages of torque wrench， this paper further analyzes the relevant factors that affect the accuracy of torque wrench， and finally analyzes the method to correctly use it and the method to conduct measurement using the torque wrench， in order to strengthen management in practical application， strictly control errors and improve application accuracy of the torque wrench.

Keywords： torque wrench; accuracy; influencing factors

引言

隨着制造工业发展，机械设备功能逐渐增加，功能模块安装也成为影响设备质量的重要环节，螺纹的装配扭矩与装配质量和产品的安全性能关系密切，螺纹连接作为安装重要工序，为了体现出连接紧密性和可靠性，需要在应用设备过程中，严格控制扭矩扳手的误差，规范操作方法，保证设备螺栓的连接质量，达到密封性的要求。因此研究影响扭矩扳手准确性因素具有实践意义，有助于提高操作精度，达到质量要求。

1 扭矩扳手工作原理和优势

扭矩扳手主要是依据物理学杠杆原理设计，通过扭矩使得机械构件发生转动效应。在应用过程中，锁紧螺帽和螺栓会产生对等力，设定平衡点。扭矩扳手设计符合人体工学，使用时握持舒适，降低操作人员使用过程中的疲劳感，同时设定刻度尺，能够对扭矩值进行精准设定，当施加在设备上的扭矩达到设定的扭矩值时，操作人员能够在手柄上感受到震动，可避免过大力度操作，造成扭矩值过大，对螺栓造成损坏。当达到设定扭矩值后，可以听见咔哒的声音，提醒操作人员停止用力。

扭矩扳手具有多个种类，包括指针式、数显式、预置可调式等，操作人员通过观察刻度确定扭矩值。扭矩扳手具有突出优势，操作中更加省力。设计准确刻度能够设定扭矩值，避免由于螺纹连接差距造成预应力过大，引发扳手损坏或产品损伤。目前扭矩扳手的不足主要是精度问题，无论引进多少先进技术，仍然要安排人工设定扭矩，通过人工经验和物理计算，对扭矩进行设计。

2 影响扭矩扳手准确性的因素

2.1 操作人员专业性

操作人员专业水平也会影响扭矩扳手的准确性，操作人员对于扭矩扳手了解程度会直接影响操作取值，如扭紧速度以及施力角度等。施力角度过大，单边摩擦会随之增大，变速或冲击加力会使取值出现波动，所以应控制施力角度并避免变速施力以及冲击施力，并且连接螺纹紧固件时要明确初始预紧力要求，按照装配工艺进行设计，制定合适的扭紧方法，加强力度控制。

2.2 螺栓摩擦影响

由于螺纹连接件之间存在着摩擦，摩擦力损耗很难测定，会造成应用期间取值不准确。在扭紧操作中，预紧力和扭矩具备正比关系，螺栓受力和工况直接影响预紧力大小。一般情况下，螺栓拧紧后，螺纹连接件的预紧力不允许超过材料屈服极限值的80%，螺栓头底部和产品表面产生的摩擦约为50%扭矩，剩余约40%扭矩被消耗在螺纹摩擦上，只有10%左右的扭矩摩擦真正被用作锁紧上。产品表面工况和润滑程度均影响预紧力，改变摩擦系数也会影响准确度。由于螺帽和工件结合面会产生相互作用，造成摩擦半径改变，会对预紧力产生影响，所以在大部分扭矩锁紧中不会使用垫圈。

产品使用过程中，为了减小摩擦力，工业上常使用二硫化钼和石墨材料等构成的润滑脂，但使用时除非特殊锁紧用力需要，否则将会导致预紧力增加，造成螺栓受力增大而发生断裂。如需要使用较低的预紧力希望达到理想预紧要求，则可使用润滑剂降低产品连接部位的摩擦力。螺栓摩擦力可避免因震动而导致松动，在产品使用过程中有时采用双螺母或涂胶等方式保证锁紧力达到要求。螺栓表面处理或电镀等因素影响，也会对扭矩和摩擦系数产生影响。接触面和螺纹副的摩擦系数都会对扭矩值产生重要影响，在生产过程需要对螺栓以及螺帽热处理、材质以及精度展开严格控制，在使用时要进行认真检查，确认没有裂纹、划伤和断扣等影响连接性能的情况，保证螺栓孔和螺栓配合紧密，贮存期间避免因环境影响出现锈蚀。

2.3 读数影响

指针式扭矩扳手根据指针宽度和刻度线间距比值确定力矩值，准确度主要受到读数的影响，读数时需要提前估读，从而减小读数误差。数显式扭矩扳手读数失误主要体现在数据波动的情况下。在扭矩扳手示值中，读数误差占据50%左右，随着测量扭矩值增加读数误差逐渐减小，测量扭矩扳手下限位置，最容易出现读数误差。因此在读数时，需要由2名操作人员进行重复读数，从而保证读数的准确性。

2.4 扭矩扳手结构影响

目前扭矩扳手有多个种类，一般使用预置可调式，扭矩扳手不能脱离主弹簧，这也是扭矩扳手准确应用的关键。经过收集的波动数据证明，弹簧材料应变是影响扭矩扳手准确度的关键。为了保证弹簧的可靠性，材料除了需要满足强度，还必须具备良好的冲击韧性、塑性、疲劳极限、弹性极限以及热处理，要进行冲击疲劳和工艺检验试验。预置式扭矩扳手使用完毕后，需将扳手调至扭矩的最小值，释放施加在弹簧上的力，让弹簧寿命得到延长。使用前要设定扭矩值，进行预扭。不能使用扭矩扳手拆卸螺母或者螺栓[2]。禁止在扭矩扳手尾部添加延长套管，增加力臂，否则会对扭矩扳手造成损坏。根据使用需求对扭矩进行调整，同时要确定调节机构被锁定，才允许应用。使用扭矩扳手时，需要平缓加载，不能猛压或者猛拉，避免造成过载，造成输出扭矩失去准确度。达到预置扭矩后，要停止施力。使用过程中加强保护，避免水分浸入扭矩扳手，避免造成零件锈蚀。

2.5 维护管理

由于扭矩扳手属于高频率应用工具，为了提高测量准确度，需要定期校准检查工具，配置符合使用要求的扭矩扳手设备，目前主要使用检定仪对扭矩扳手进行校准，准确率达到1%，检定仪需要定期检查。由于校准环境为试验室环境，和现场操作环境存在较大差异。为了保证校准管理的有效性，需要参照实际使用现场进行管理，要求误差不会受到使用场合的影响。使用前要注意检查扭矩扳手的准确性，根据使用频率调整校准维护的频率，一般情况下不少于1年1次。利用维护管理手段保证扭矩扳手的准确性。

3 扭矩扳手的正确使用方法

扭矩扳手主要应用于螺栓、螺钉和螺母等紧固件的安装，通过对力矩的控制，保证螺纹紧固，且不会由于力矩过大造成螺纹受到破坏，因此需要使用扭矩扳手对扭矩值固定操作，在应用过程中需要提前设定固定扭矩值，当达到设定值后，扭矩扳手发出提醒信息，能够感受到手部振动或听到“咔哒”的声音，即完成了扭矩。当扭矩值达到固定位置后，不需要继续施加力，切忌使用冲击力，停止施力后，各个零件复位。施加扭矩时，手握在扭矩扳手手柄的中间刻度线位置，只能在扭矩扳手标注的方向上施力，同时施力方向应在±15°以内（垂直方向和水平方向）。

按照紧固件强度和扭矩工艺使用合适量程的扳手，不允许超过扳手的适用范围。指针式扭矩扳手使用前需要进行调零处理，无荷载时注意对扭矩扳手指针的检查，指针是否处于零刻度值上，若不是，需要进行调整。为保证读数准确，需要在使用时，一只手握住扳手手柄，让扭矩扳手和拉力保持直角，平稳施加力度，至指针指向扭矩值时，禁止应用过大的力度，否则会产生误差值。完成测量后，将旋转钮旋转，让指针恢复至零位，以便于进行下次应用。预置可调式扭矩扳手设定的扭矩值应尽量在扭矩扳手使用范围的1/2～2/3处。扭矩扳手作为一种计量工具，需要注意保护，禁止进行扔掷、震动以及敲击等。

4 扭矩扳手的检定

扭矩扳手使用过程中需要定期进行检定和校准。达到检定合格标准后，在扳手上贴合格标志。现场使用时，需要对合格标识进行检查，在校准证书上注明转接器和扭矩扳手配合应用，注明警示信息，提醒操作人员按照校准数值应用。

首先保证扭矩扳手旋转面平行于水平面，将扭矩扳手放置于智能扭矩仪上，使用导轨托座调节扳手高低，让扭矩扳手旋转面平行于水平面，表达安装力臂准确无误。若扳手摆放位置不准确，施加力时，力矩受到扳手力臂作用产生力矩，扳手尺寸和自重会影响力矩的分量，从而造成检定精度不准确。因此在应用中，严格控制放置位置，以达到控制精度的作用。

其次施力方向要和扭矩扳手垂直，施力时需要和扳手垂直，将扳手垂直方向以及作用控制在10°之内。若超过允差区域，作用力施加给扳手上的力臂会小于实际力臂，成为实际力臂分量，扭矩值变小，影响到检定精度。

再者施加力时，需要对扳手中间区域施加，即加力线附近用力。检定扭矩扳手时，手需要向加力线施力，若手位置靠前会和视準器接近，甚至会扳坏指示部位，造成受力力臂减小，扭矩值低于实际扭矩值。若手位置过于靠后，作用力臂位置大于实际力臂，造成扭矩值超过实际扭矩值，且容易对扭矩传感器造成损坏，影响到扭矩扳手的精度。

最后为避免传感器受力状态差导致的误差，需要让传感器和扭矩扳手之间存在一定缝隙，在扭矩扳手受力时，传感器和扳手方头之间并不是同一个轴心，显示扭矩值是扳手示值扭矩以及侧向扭矩，四方孔以及套头摩擦力矩和。因此，减小扳头和四方孔间隙，使用摩擦力更低的转接头，让输出扭矩值更加准确。

5 结束语

综上所述，本文先简单分析了扭矩扳手工作原理和优势，然后进一步分析了影响扭矩扳手准确性的因素，主要包括操作人员专业性、螺栓摩擦影响、读数影响、扭矩扳手结构影响、维护管理，最后分析了扭矩扳手的正确使用方法和检定，因此需要严格管理影响因素，提高操作人员专业素养，保证稳定扭矩，减小摩擦造成的负面影响。未来还需要进一步提高扭矩扳手结构，不断缩小误差，提高扳手精准度。

参考文献：

[1]章薇，吴凯华.扭矩扳子示值误差测量不确定度评定[J].计量与测试技术，2019，46（06）：106+109.

[2]邓姝沛，陈婷，李莹.力矩扳手在S参数校准中对测量结果的影响分析[J].宇航计测技术，2019，39（S1）：11-18.

[3]林晴.扭矩扳子测量审核注意事项及数据处理分析[J].电子元器件与信息技术，2018（12）：72-74+78.

[4]张昕.影响扭矩扳子检定结果因素分析[J].计量与测试技术，2018，45（08）：74-77.