黃湘奇 余紅琳
摘 要:螺栓或螺母的擰緊應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)的裝配是普遍現(xiàn)象,一臺機(jī)器有成百上千個零件采用螺栓緊固的方法裝配,在大批量生產(chǎn)中又由多人在不同的工位里完成的。且每天又要裝配幾百或上千臺機(jī)器,并且還要擰緊到產(chǎn)品圖紙規(guī)定的擰緊力矩的數(shù)值。為了提高生產(chǎn)效率、保證螺栓的擰緊力矩,就要選用準(zhǔn)確的扭矩擰緊機(jī)。如何確保扭矩擰緊機(jī)的扭力值,就需要對擰緊機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn),而校準(zhǔn)過程中容易受校準(zhǔn)條件和測量誤差的影響。所以,如何有效的控制隨機(jī)誤差和未定的系統(tǒng)誤差,也就成為了機(jī)械行業(yè)十分關(guān)注的課題。
關(guān)鍵詞:扭矩擰緊機(jī);校準(zhǔn)條件;校準(zhǔn)過程;測量不確定度
不確定度就是表征被測量的真值所處的量值范圍的評定。它是對測量結(jié)果受測量誤差影響不確定程度的科學(xué)描述。具體地說,不確定度定量地表示了隨機(jī)誤差和未定系統(tǒng)誤差的綜合分布范圍,它可以近似地理解為一定置信概率下的誤差限值。因此以下將以阿特拉斯公司生產(chǎn)的扭矩擰緊機(jī)來講述電動、氣動扭矩擰緊機(jī)校準(zhǔn)過程中的測量不確定度的評定。
1 概述
1.1 測量方法:依據(jù)JJF 1610-2017 電動、氣動扭矩扳子校準(zhǔn)規(guī)范
1.2 環(huán)境條件:溫度(20±10)℃,每小時變化不應(yīng)大于0.5℃,相對濕度不大于85%,無影響正常工作的振動沖擊,無強(qiáng)烈電磁干擾。
1.3 測量標(biāo)準(zhǔn)器:標(biāo)準(zhǔn)的扭矩傳感器,(0—20)N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 Urel=0.30% (k=2);(18—180)N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為Urel=0.30%(k=2);(140—1400 )N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 Urel=0.76%(k=2)。
1.4 被測對象:采用最大允許誤差±2.5%,測量范圍為在( 0—20)N·m的扭矩擰緊機(jī);最大允許誤差±2.5%,測量范圍為在( 18—180)N·m的扭矩擰緊機(jī);最大允許誤差±2.5%,測量范圍為在( 140—1400)N·m的扭矩擰緊機(jī)。
1.5 測量過程:將扭矩傳感器與扭矩擰緊機(jī)按照正確的方式連接,使其準(zhǔn)確的處于同軸連接狀態(tài),開機(jī)預(yù)熱擰緊機(jī),選定加載方向(通常是順時針方向),頂載滿量程三次,選取在測量范圍內(nèi)的三個測量點,每個測量點分別重復(fù)測量十次,計算每個測量點的平均值,其與標(biāo)準(zhǔn)扭矩值的差值為示值誤差。
1.6 評定結(jié)果的使用:在符合上述條件下的測量結(jié)果,一般可直接使用本不確定度的評定結(jié)果。
2 數(shù)學(xué)模型
Δ=X - X0
式中: △~被檢扭矩擰緊機(jī)的示值誤差;
X~被檢扭矩擰緊機(jī)的平均值;
X0~被檢扭矩擰緊機(jī)的示值。
3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
3.1 標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器本身引起的不確定度分量u11;u21;u31 。
標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器的擴(kuò)展不確定度一般在校準(zhǔn)證書中可以得到,可以將給出的擴(kuò)展不確定度除以包含因子k,就得出標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。假如證書中沒有給出擴(kuò)展不確定度,則可約定對每個測量點的擴(kuò)展不確定度 U,當(dāng)k=3時,小于或等于規(guī)程中規(guī)定的最大允許誤差的1/3。
根據(jù)B類不確定度評定方法,可查校準(zhǔn)證書得知標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器本身引起的不確定度:標(biāo)準(zhǔn)的扭矩傳感器,( 0—20)N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 U =0.30%(k=2) ,則u11=0.15%;(18—180)N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為U =0.30%(k=2),則u21=0.15%;(140—1400 )N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 U =0.76%(k=2),則u31=0.38%。
3.2 測量重復(fù)性引入的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u12;u22;u32 。
①選取示值18 N·m 為校準(zhǔn)點,用( 0—20)N·m 的標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器進(jìn)行連續(xù)10次測量,得到測量數(shù)據(jù)為:18.56、18.54、18.62、18.40、18.71、18.63、18.57、18.77、18.53、18.89平均值為18.6。
采用貝塞爾公式計算 ?S= false=0.14 N·m
則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:
u22=S/X·31/2=0.434%
②選取示值115 N·m 為校準(zhǔn)點,用( 18—180)N·m 的標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器進(jìn)行連續(xù)10次測量,得到測量數(shù)據(jù)為:115.4、116.5、116.8、116.2、117.4、116.4、115.9、116.0、117.7、116.8平均值為116.52。
采用貝塞爾公式計算,則 S=0.71 N·m
則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:u22=0.352%
③選取示值670 N·m 為校準(zhǔn)點,用(140—1400)N·m 的標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器進(jìn)行連續(xù)10次測量,得到測量數(shù)據(jù)為:669.8、667.4、669.2、670.8、672.9、670.2、670.4、669.9、669.7、669.8平均值為670.21。
采用貝塞爾公式計算,則 S=1.05 N·m
則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:u32=0.090%
4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc的評定
5 擴(kuò)展不確定度Up的評定
k取2時,擴(kuò)展不確定度為:
U1 ?=k×uc1=2×0.46%≈0.92%
U2 =k×uc2=2×0.38%≈0.76%
U3 =k×uc3=2×0.39%≈0.78%
6 測量結(jié)果不確定度報告
測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為:
U1=0.92% k=2; ?U2=0.76% k=2; ? ?U3=0.78% k=2
通過此次不確定度評定,測量設(shè)備和測量過程滿足計量要求。
結(jié)束語
綜上所述,本文基于通過研究電動、氣動扭矩擰緊機(jī)校準(zhǔn)過程中的測量不確定度的評定,描述其在擰緊機(jī)測量中的應(yīng)用,可以用來解決擰緊機(jī)現(xiàn)場測量中的一些基本問題,有效的提高工業(yè)車輛的質(zhì)量。日后加強(qiáng)研究并科學(xué)有效的進(jìn)行擴(kuò)展延伸,為企業(yè)帶來更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)利益。
參考文獻(xiàn):
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[3]JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》