挡臂机构对扭矩扳子检定仪示值准确性影响研究

林晓辉

福建省计量科学研究院 福建福州 350003

挡臂结构主要分为被动受力型和主动出力型两种，本文以市面上常用的被动受力型挡臂结构为例，从挡杆结构、导轨结构和挡臂机构的安装形式三个角度出发，展开其对扭矩仪示值准确性影响的研究。

1 挡杆结构对扭矩扳子检定仪示值的影响分析

1.1 单挡杆结构对扭矩示值的影响

单挡杆的挡臂机构使挡杆直接与扭矩扳子的手柄受力位置相接触，在检定的过程中，由于手柄的受扭变形，手柄中轴线与扭矩扳子方榫中轴线不能完全重合，在受力位置的垂直方向和水平方向都产生摩擦力，对扭矩示值造成影响。

1.2 双挡杆结构的应用研究

双挡杆的挡臂机构在挡杆上安装了轴向轴承，因此检定仪在检定时可以自动找到在垂直方向上扭矩扳子受力位置的最佳高度，有利于补偿水平与垂直方向上受力位置的变形位移，释放动能，以消除摩擦力带来的不利影响，提高检定仪示值的准确性与科学性，而且双挡杆结构可以实现扭矩扳子的自动双向检定。

2 导轨结构对扭矩扳子检定仪示值的影响分析

2.1 双滑杆导轨结构对扭矩示值的影响

目前的挡臂机构的导轨结构多由双滑杆组成，这样的设计用料少、简单小巧，但刚度相对较弱，只适用于小于100N·m的小扭矩工况。对于中、大扭矩工况，两个滑杆发生反向挠曲变形，失去了水平共面性，致使安装在滑块上的档杆在水平和垂直方向上发生位置的变化，难以垂直于水平面，在受力位置处增添了三维方向的力，极大影响了扭矩仪示值的准确度。

2.2 加固T型平面可调导轨的应用研究

加固T型平面可调导轨结构可以有效解决双滑杆导轨结构的弊端，尽管此导轨结构用料较多，但其刚性非常好，特别适用于中、大扭矩工况。将此导轨固定于机架上，可调节滑块与其微隙接触，大幅度提高系统的刚性，降低挡臂机构的挠曲变形对检定示值的影响，而且扭矩示值越大，挡臂机构的抗挠曲效果就会愈加明显[1]。

3 挡臂机构安装形式对扭矩扳子检定仪示值的影响分析

3.1 “卧式”扭矩扳子检定仪

“卧式”即垂直放置扭矩传感器，使用转接器，使扭矩扳子头部的方榫连接于垂直放置的扭矩传感器，以保扭矩扳子处于水平状态。这种“卧式”的扭矩仪虽然对挡臂机构的安装没有什么高的要求，但却无法消去扭矩扳子的重力对扭矩示值准确性的影响。

3.2 “立式”扭矩扳子检定仪

“立式”是水平放置扭矩传感器，使用转接器，使扭矩扳子头部的方榫连接于水平放置的扭矩传感器，以保扭矩扳子处于空间铅锤状态。这种“立式”的扭矩仪通过转换装置的径向轴承可以将扭矩扳子的重力作用在检定仪机壳上，使扭矩示值更加准确、可靠。

3.3 单挡杆对“立式”扭矩仪示值的影响

单档杆的挡臂机构在初始安装时，扭矩传感器没有受扭，因此被检扭矩扳子无法在垂直方向进行固定。由于滑块中心位置的单档杆的限位，受扭矩扳子手柄和挡杆受力位置的固有直径影响，致使扭矩扳子在受扭之后与铅垂线出现一定角度。这个情况使扭矩传感器有了初始扭矩，因此在检定前，如果对扭矩传感器的数据进行清零，那么检定结果必定不准确；若不清零则不符合检定规程的要求，检定的结果也不可信[2]。

3.4 自适应双挡杆结构的应用研究

自适应双挡杆结构能够使扭矩扳子在安装之后可以保持铅锤状态，不会产生初始扭矩，而且在检定中，只在手柄的受力位置受到与中轴线垂直和扭矩传感器受扭面平行的力，这种双档杆结构符合检定规程的要求，可以在很大程度上提高了扭矩示值的准确性。

4 自适应双挡杆挡臂机构对“立式”扭矩扳子检定仪的示值验证

4.1 普通扭矩扳子在单挡杆、双挡杆挡臂机构上的校准结果比较

分析表1数据可得，单挡杆在示值误差和重复性的指标上明显比双档杆的大很多，表明初始扭矩引入了较大的系统误差[3]。

表1 扭矩扳子同一扭矩点分别在单挡杆挡臂机构和双挡杆挡臂机构上的校准结果

4.2 以标准扭矩扳子与扭矩标准机作为标准器的结果比对

表2 扭矩仪同一扭矩点分别用标准扭矩扳子和扭矩标准机的校准结果

5 结语

综上所述，挡臂机构决定着扭矩仪系统的准确性，理想的挡臂机构可以令扭矩仪的综合准确度近乎于扭矩传感器自身的准确度，同时自适应双挡杆挡臂机构的“立式”扭矩仪又能降低扭矩扳子自重带来的不确定性，其具有极高的应用价值。