在整車質量檢查過程中，靜态力矩是檢查螺栓擰緊質量的主要手段。

由于不同連接材料的力矩衰減規律不同，靜态力矩與動态力矩存在偏差，簡單按動态力矩控制範圍進行靜态力矩管理，可能會導緻檢測合格率偏低或引起生産管理成本增加。

放寬靜态力矩要求，将導緻生産一緻性差，螺栓連接可靠性降低。為了控制螺栓擰緊質量和生産穩定性，需要對靜态力矩控制範圍進行定義。

01 螺栓連接分類

靜态力矩與被連接件的材料密切相關，被連接件的剛度、硬度、表面狀态會影響靜态力矩測量結果。

根據連接性質螺栓連接可以分為三類：硬連接、軟連接和中性連接。

• 硬連接，是指被連接件硬度大、剛性大、表面光滑且貼合度高。擰緊時，螺紋副達到貼合點後旋轉30°以下就能達到目标力矩。
• 軟連接，是指被連接件自身材質較軟或連接件中間夾有橡膠件等彈性材料。擰緊時，在螺紋副達到貼合點後需要繼續旋轉720°以上才能達到目标力矩。
• 中性連接，是指介于軟連接和硬連接之間的連接。

02 動、靜态力矩定義

動态力矩是緊固件在被緊固過程中測量得到的最大峰值。扳手和動力工具都可以施加動态力矩，動态力矩是在緊固的過程中測量的。

動态力矩所産生的軸向預緊力滿足設計上對預緊力的要求。設計部門給出的設計力矩、産品圖紙标注的圖紙力矩、指導擰緊工具設定的工藝力矩，都屬于動态力矩。

靜态力矩是在緊固件被緊固好之後，将其在擰緊方向上繼續旋轉的瞬間所需要的力矩。

靜态扭矩是用來監控生産過程的可靠性和穩定性,又稱為檢測扭矩。測量靜态扭矩是驗證動态過程是否發生變異,同時确保擰緊後連接件夾緊力的可靠性。

根據統計規律和汽車行業經驗，靜态力矩和動态力矩的關系如下：

• 對于硬連接，靜态力矩大于動态力矩；
• 對于軟連接，靜态力矩小于動态力矩；
• 對于中性連接，靜态力矩接近于動态力矩。

03 确定靜态力矩範圍的方法

1、經驗公式法

在沒有采集測量數據初期,靜态扭矩範圍的初步确定可根據豐田汽車扭矩經驗公式關系如圖1所示：

圖1 動、靜态扭矩的關系圖

a為動态扭矩的公差值;b為靜态扭矩的公差值;c為測量誤差值,其大小為動态扭矩目标值乘以測量誤差。可以近似得出,a、b和c之間關系：a2 b2=c2。

考慮不同的連接性質、測量誤差及測量器具精度,選取據表1中性連接測量偏差d=10%,測量誤差e=±25%,則靜态扭矩的目标值為T×(1 d)=94×(1 15%)=103.4≈103N·m,

靜态扭矩的公差b==≈24N·m

靜态扭矩的檢測範圍則為(103±24)N·m。

表1 連接性質與測量偏差和測量誤差的關系

2　統計分析法

2.1　數據收集

在靜态力矩數據收集前，需要對測量工具進行驗證，通常先記錄5次動态力矩數據與名義值進行比較，滿足差值在5%以内才能開展靜态力矩測量，數據收集完成後再次對測量工具進行驗證，前後驗證通過才能判斷數據收集有效。

如某車型輪毂螺栓動态力矩為94±4Nm，在5min内通過數顯扭力扳手采集30組,每組5個靜态扭矩值,其數據如表2所示。

2.2　數據分析和處理

根據同規格的螺栓1-5檢測數據,運用統計分析方法，計算得出靜态扭矩均值為：

根據3Sigma原則Ts=±3δ計算得出靜态扭矩上限值為127.2N·m,下限值為89.22N·m,對上、下限均值取整,靜态扭矩控制範圍為89~127N·m,即(108±19)N·m。

2.3　結果有效性的判定

對于上述采集的靜态扭矩數據,對其擰緊過程的穩定性進行SPC分析,标示靜态扭矩中心線CL、上控制限UCL、下控制限LCL,繪制圖2所示螺栓的Xbar-R圖,根據SPC判異準則及表1中靜态檢測扭矩判定标準,可以看出,測量數據穩定受控,無異常。

圖2 螺栓Xbar-R控制圖

2.4　分析結果評價

靜态力矩規格範圍需滿足兩個條件才能釋放，如不滿足要求，應優化擰緊工藝或重新設定動态力矩。

• 1）靜态力矩公差與靜态力矩名義值的比值小于35%；
• 2）動、靜态力矩名義值的差值與動态力矩名義值的比值小于15%。

根據計算：

• 條件1）19/108=19.5%＜35%，校核合格；
• 條件2）（108-94）/94=14.8%＜15%，校核合格。故靜态力矩規格範圍符合釋放要求。

04 螺絲君的總結

緊固件擰緊扭矩是保證汽車裝配質量最重要關鍵特性之一, 不同的連接件材料, 不同的擰緊順序、擰緊速度、連接件材料硬度和表面摩擦因數, 直接影響扭矩衰減程度和靜态扭矩穩定性。

今天，螺絲君給出了确定螺栓連接靜态力矩控制範圍的兩種方法：經驗公式法和統計分析法。

試生産階段，沒有測量數據或數據樣本較少時，可以采用經驗公式法初步确定靜态力矩，經驗公式法考慮了連接性質、測量偏差和測量誤差，計算方便，能夠給出靜态力矩範圍。

批量生産階段，有一定測量數據後，推薦采用統計分析法，更加符合實際情況。

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