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(jīng)驗積累，增擰的角度很難做到一個統(tǒng)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(shù)據(jù)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(xiàn)有技術的不足，設計研發(fā)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(jīng)驗和操作難度大的現(xiàn)狀，實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(chǎn)品在研發(fā)及生產(chǎn)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(jù)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(guī)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(jīng)驗積累，增擰的角度很難做到一個統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、顯示（導出）數(shù)據(jù)等步驟，可以方便快捷的查看記錄檢測結(jié)果。

1.1.系統(tǒng)工作原理

在傳感器中，要測量的物理尺寸如扭矩、力、質(zhì)量、角位移等被轉(zhuǎn)換為模擬電信號。在電子設備中，該電信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號可以在界面讀出。這里使用的數(shù)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(zhuǎn)換為模擬電信號，通過傳感器USB口傳輸?shù)焦た貦C中，在工控機中進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)過工控機中程序的運算、判斷得出結(jié)果。這個結(jié)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(jié)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(jié)果做成報告。另外，還可實現(xiàn)客戶報告模板的導入，實現(xiàn)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(tǒng)工作原理流程如下圖：

該扭矩檢測系統(tǒng)的優(yōu)點：

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

2）實時顯示檢測結(jié)果到工控機上。

3）自動記錄數(shù)據(jù)，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(tài)扭矩復合傳感器性能穩(wěn)定，檢測精度為0.1%，檢測系統(tǒng)的動態(tài)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(shù)據(jù)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(yè)控制計算機，是一種采用總線結(jié)構，對生產(chǎn)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(nèi)存、外設及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡和協(xié)議、計算能力、友好的人機界面。工控行業(yè)的產(chǎn)品和技術非常特殊，屬于中間產(chǎn)品，是為其他各行業(yè)提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計算機。

1.4.數(shù)模轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)它們的區(qū)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(yōu)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(zhuǎn)變的性能。

max3232具有二路接收器和二路驅(qū)動器，提供1uA關斷模式，有效降低功效并延遲便攜式產(chǎn)品的電池使用壽命?？梢园l(fā)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(tǒng)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(yè)務邏輯和UI邏輯分離開，維持清晰的UI和業(yè)務邏輯的分離有助于專注開發(fā)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(xié)議，可以解決數(shù)字扭矩傳感器的數(shù)字接口高速度輸出的要求，確保設備數(shù)據(jù)輸出精確性。

系統(tǒng)工作流程：

1） 通過扭矩扳手進行轉(zhuǎn)動。

2） 扭矩傳感器獲取到轉(zhuǎn)動的數(shù)據(jù)和扭矩值。

3） 將數(shù)據(jù)進行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換。

4） 通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

5） 工控機接收數(shù)據(jù)。

6） 將接收到的數(shù)據(jù)進行分析。

7） 通過上位機軟件將數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。

流程圖見圖2-1：

2.試驗及數(shù)據(jù)分析

為了檢驗檢測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)得出，滿足使用扭矩檢測方法（數(shù)顯扭矩施加模式）對螺栓、管接頭施加基準扭矩，1分鐘內(nèi)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(jié)果與基準扭矩的偏差不超過±4%的設計要求。

3.結(jié)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(jīng)驗積累，增擰的角度很難做到一個統(tǒng)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(shù)據(jù)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?？梢越y(tǒng)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(jié)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(chǎn)品的設計后續(xù)改進提供依據(jù)。

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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(zhèn)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