动态和静态扭矩的影响因素和分析

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和分析 

动态扭矩和静态扭矩的影响因素和控制方法
在紧固件拧紧过程中是不是有碰到这样的问题？
不同连接副上，动态扭矩都是30Nm，但有的连接副静态扭矩是33Nm或更高(高于动态扭矩)，也有的连接副静态扭矩却只有26Nm或更低(低于动态扭矩)，这是为什么呢？
哪些因素会影响动态扭矩和静态扭矩呢？两者有什么联系和区别呢？实际应用过程中应如何控制？
今天，我们通过本篇文章给各位老铁作答疑。
01动态扭矩和静态扭矩的定义

动态扭矩是在拧紧螺栓的过程中用拧紧枪传感器测量得到的扭矩，是螺栓克服动态摩擦所达到的扭矩。扭矩扳手和动力工具都可以施加动态扭矩。
下图为某高精度枪的拧紧曲线，曲线的终点即工艺点即为动态扭矩。

静态扭矩是紧固件被拧紧的螺栓停止后，再继续沿着拧紧方向克服静态摩擦所达到的*大扭矩为静态扭矩。

一般使用的表盘式或数显式扭矩扳手测量的扭矩值为静态扭矩。

02动态扭矩和静态扭矩的关系

动态扭矩测量的目的是要保证拧紧过程中的扭矩是合格的。静态扭矩测量的目的是验证动态过程是否发生变异，同时确保拧紧后连接件的夹紧力的可靠性。

静态扭矩应该和动态扭矩一致。但是实际上，二者关系主要受两个方面的影响：静态摩擦力和弹性衰减。


1.静态摩檫力的影响
由于存在静态摩擦力，在检测的过程中需要额外的扭矩克服静态摩擦力，让螺栓动起来。因此，产生了静态扭矩比动态扭矩要高的趋势。

在某些情况下，我们会测量到比动态扭矩更高的静态扭矩。这个并不意味着有更大的夹紧力，而仅仅是静摩擦力的影响。

2. 弹性衰减的影响

由于静态扭矩是在拧紧之后进行测量。连接件经过一定的时间后，材料受力会有蠕变和嵌入发生。产生扭矩衰减。弹性衰减使静态扭矩产生比动态扭矩要偏小的趋势。

通常情况下，硬连接上静态扭矩一般大于动态扭矩，如下图所示，B点（静态扭矩）的扭矩高于A点（动态扭矩）的扭矩。

而软连接上动态扭矩一般大于静态扭矩，如下图所示，B点（静态扭矩）的扭矩低于A点（动态扭矩）的扭矩。


对于紧固件的连接方式不同，其作用于联接副的动态扭矩与静态扭矩也有所不同。通过典型的硬连接及软连接紧固件的动静态扭矩的数据进行比较。
下面我们以一个实际案例看下，软连接和硬连接中静态扭矩和动态扭矩的差异。
硬链接方式的动静态扭矩测量10组数据如表1所示。通过计算得出动态均值为91.84N.m，静态均值为101.39N.m。

表1 某硬连接方式扭矩测量数据

软连接方式的动静态扭矩测量10组数据如表2所示。通过计算得出动态均值为90.42N.m，静态均值为77.78N.m。

由以上两组对比数据可得出，对于硬连接形式的螺纹副，静态扭矩要大于动态扭矩，而软连接形式的螺纹副，静态扭矩要小于动态扭矩。

表2 某软连接方式扭矩测量数据


03动态扭矩和静态扭矩的控制应用

一般文件中给定的扭矩标准是动态扭矩，而实际检验员用表盘式扭矩扳子检测到的扭矩为静态扭矩。动态扭矩与静态扭矩一般情况下都会存在差异。

为了更好的控制螺栓的扭力，可以对汽车装配件的螺栓扭矩分两部分来进行控制，一是拧紧过程中使用动态扭矩控制，二是装配好的零件用静态扭矩来监督。这样能够更准确真实的反映螺栓的实际扭矩。

表3 动态扭矩测试数据
根据以上数据，计算得出30 组动态扭矩平均值为：98.33N.m，再根据公式计算标准差（Sigma）为0.51，*后根据3 Sigma 原则计算出动态控制规格的上限、下限及目标值。
表3动态扭矩数据收集表的上限值为99.86N.m，下限值为96.82N.m。对上下限平均取整，动态扭矩控制范围在97N.m～100N.m。

表4 静态扭矩测试数据
根据以上数据，计算得出30 组静态扭矩平均值为85.42N.m，再根据公式计算标准差（Sigma）为1.71，*后根据3 Sigma 原则计算出静态控制规格的上限、下限及目标值。

表4 静态扭矩数据收集表扭矩的上限值为90.55N.m，下限值为0.29N.m。对上下限平均取整，静态扭矩控制范围在80N.m～91N.m。

04影响动态扭矩和静态扭矩关系的要素


连接件的软硬
被连接件较软：如铝件

紧固件尺寸：直径小的，螺栓长的偏软

涂层：特殊涂层材料偏软

是否有垫片：有些垫片偏软

温度影响：钢铝连接，不同材料的热膨胀系数不同

拧紧设备和拧紧方法

拧紧工具：拧紧设备的误差

拧紧方法：一步法拧紧和多步法拧紧，角度法拧紧和扭矩法拧紧

扭矩检测

人员：相同扳手，不同人员测试出来数值是有差异的，测静态扭矩人员应培训并持证上岗

检测工具和方法：工具的差异和方法的差异会影响检测结果