扭矩知识培训

NovaTork 诺特扭矩知识培训教材

一. 扭矩与螺栓

1. 扭矩的概念

?使机械构件产生转动效应并伴随扭转变形的力偶或力矩称为扭矩，符号为T。

?F —作用力

?L —力臂

?T —扭矩

?扭矩计算公式：T = F · L ?例：F = 100 N ；L = 1 m ；

T = 100×1 = 100 N.m

2. 扭矩的计量单位及其换算

扭矩计算公式：T = F·L

?F —N（牛顿）、Lb（磅）

?L —m（米）、cm（厘米）、

ft（英尺）、in（英寸）

?T —N.m（牛顿米）、cN.m（牛顿厘米）、Lb.ft（英尺磅）、Lb.in（英寸磅）

扭矩单位换算表

N·m kg·m Lb·ft Lb·in 1 N·m10.1019720.7375628.850744 1 kg·m9.8066517.2330186.79612 1 Lb·ft 1.355820.138255112

1 Lb·in0.1129850.0115210.0833331 https://www.wendangku.net/doc/f916535248.html,/converter.asp

3. 螺栓连接的优点

通用

方便

可靠

例：

?被广泛应用于汽车、铁路、航空、船舶、港口、矿山、电力、化工、建筑等等各行各业中。

4. 螺栓性能等级的标记和标志?性能等级分别有3.6、4.6、4.8、

5.6、5.8、

6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称

为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。

?性能等级的标记有两部分数字组成：

性能等级4.6级的螺栓，其含义是：（1）、螺栓材质公称抗拉强度为400MPa （2）、螺栓材质的屈强比值为0.6

（3）、螺栓材质的公称屈服强度为

400×0.6 = 240MPa

性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：

（1）、螺栓材质公称抗拉强度为1000MPa （2）、螺栓材质的屈强比值为0.9

（3）、螺栓材质的公称屈服强度为

1000×0.9 = 900MPa

?不同的性能等级，其各种强度指标也是大不相同，所需加载的扭力值也是完全不同的，强度高、扭力值就大，强度低、扭力值就小。

?螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。

性能等级的标志：?外六角：

?内六角：

5. 螺栓连接与扭矩的关系

?螺栓的失效现象有螺栓拉长甚至断裂、滑牙等，这些现象极大地影响了生产的正常进行，甚至发生严重事故，那么就有必要了解螺栓的拧紧扭矩与什么有关、多少大小才合适？

?螺栓扭矩的大小与螺纹直径、材料、表面处理、表面粗糙度等很多因素有关，但极其重要的是与螺纹副表面摩擦系数的大小密切相关。

螺栓的受力情况

?端面的摩擦扭矩和螺纹副的摩擦扭矩由材料的摩擦系数和正压力来决定

?轴向力由材料的屈服强度来决定

矩

值表

（参考）

标准螺纹连

接

预

紧

力和扭

6. 螺栓表面的摩擦系数

螺栓表面

螺母表面

未处理锌铬磷化未处理110.80.9锌 1.15 1.2 1.35 1.15铬0.850.9 1.21磷化0.70.650.70.75锌+ 油0.60.550.650.55

7. 硬连接与软连接的概念

?在螺纹的连接过程中，经常会碰到所夹紧的零件是钢与钢、钢与塑料、钢与橡胶，有些还夹杂着油漆、腊、涂料、胶水等各种非金属物质，其中可能还垫有各种垫圈等。这些物质或零件的增加，往往增加了螺纹的拧紧时间，也就增加了拧紧的转角。

扭矩转向

关于扭力转向torque steer 扭力转向torquesteer通常是'大功率/大扭力前驱车'的通病，因为FF车的传动轴需要负责转向及动力传递，而又因为变速箱位置的关系,左右传动轴常有一根长一根短的设计，当忽然有较大的扭矩从变速箱动力输出轴输出到左右两根传动轴时，就会因为力矩不同而造成车辆行进方向的跑偏,这就是所谓的扭力转向（广州话叫抢呔）。 那为什么左右长度不同的驱动轴又会造成传递的扭矩不同的结果呢？这就是悬架和万向节的原因了，可以理解为：不等长驱动轴和万向节是元凶，悬挂设计是帮凶。 首先，我们知道，FF车的引擎扭力经过变速箱，终传，差速器传回到前轮的驱动轴，但是，驱动轴的几何位置却不与轮轴完全重合，所以驱动轴要拐两个小小的弯才能连接车轮，拐弯的地方，就由万向节（万向接头）负责连接。而这个万向节虽然可以将动力作改变方向的传递，但万向节也不是万能的，在改变驱动轴方向的同时被改变方向后的那根传动轴也会产生一定的甩动，所以，所有和万向节相连的传动轴都要安装一个抗甩动的支点起稳固作用，如果没有支点固定，后端传动轴就会像一个搅拌器一样甩动。当万向节前后的驱动轴是同一直线的话，整根驱动轴就像一根一样，这时候万向节等于没有起转向的作用，当万向节前后的驱动轴不成一直线的时候，支点上就开始受到一个力，万向节必須靠支点的反作用力把甩动的力转换成扭转的力，而因为支点是固定不动的，所以本身不消耗能量，只要万向节的磨擦消耗控制得宜，万向节的扭力传动效率相当高，尤其在改变传动角度不大的情況，磨擦损耗 可能造成的左右扭力差异非常的小。 但是当左右传动轴不等长的时候，左右两边的万向节对传动轴的转向角度就会不同，左右两边支点的受力大小也会不同，而且这个力在万向节前后驱动轴角度接近180度时变化非常敏感，同时，由于这个支点是固定在悬架之上，悬架是有一定的自由度，当汽车进行加速的时候，由于重心后移，车头相对会有少量的抬高，这时，就会因为有这个自由度，前吸震筒被拉长，传动轴短的一边角度变化就需要较大，在扭力作用下前轮延伸幅度就比较大，而很多FF的汽车的前悬架都是采用麦弗逊形式，吸震筒本身就是前轮的支撑轴，而前轮延伸又会产生外倾角（camberangle）的变化，外倾角有稍微的变化，前轮胎的触地部分很大小就会发生变化因而扭力转向的问题就可能会被放大。简单来说，就是由于在引擎动力输出猛烈增加时，万向节由于角度不同引起不同的传递效率，而正因为引擎动力输出猛烈增加，车速提高，前悬架被拉长，引起外倾角的细小变化，更放大了这个问题，最终就导致了扭力转向的 发生。 要解决FF车的扭力转向问题，最好就是能将传动轴做成等长（Subaru的左右对称传动系统就是如此，无论前后，左右的驱动轴等长）或者使用精确的双摇臂和多连杆前悬架，也可以抑制外倾角的变化，最大限度的减轻扭力转向的问题，还可以使用现代的电子控制技术将左右轮的扭力调节得相对一样，也可以大大减低扭力转向得发生。

汽车电动助力转向系统EPS原理详解

汽车电动助力转向系统EPS原理详解 1、综述 电动助力转向系统EPS(electricPowersteering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统 HPS(hydraulicpowersteering)相比,EPS系统具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。 EPS系统是未来动力转向系统的一个发展趋势。 图1 EPS结构图 如图1所示，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将所需信息转化成数字信号输入控制单元,再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的力矩,最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。因此扭矩传感器是EPS系统中最重要的器件之一。扭矩传感器的种类有很多，主要有电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非接触式扭矩传感器等，随技术的进步将会有精度更高、成本更低的传感器出现。 2、电位计式扭矩传感器

电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测量结构简单、可靠性能相对比较高，在早期应用比较多。 2.1EPS中扭杆式扭矩传感器的结构、原理 扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对螺旋机构，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动，同时滑块通过一个销安装到输出轴上，可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此，当输入轴相对于输出轴转动时，滑块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量，垂直移动。当转动方向盘的时候，钮矩被传递到扭力杆，输入轴相对于输出轴方向出现偏差。该偏差是滑块出现移动，这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转角度，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。 2.２扭杆式扭矩传感器的设计 扭杆是整个扭杆扭矩传感器的重要部件，因而扭杆式扭矩传感器的设计关键是扭杆的设计。扭杆通过细齿形渐开线花键和方向盘轴连接，另外的一端通过径向销（直径D）与转向输出轴连接，基本结构如图2所示。 图2 圆柱截面扭杆结构图 图2 圆柱截面扭杆结构图 扭杆细齿形渐开线花键端部结构外直径 d0=(1.15~1.25)d,长度L=（0.5~0.7）d，为了避免过大的应力集中，采用过度圆角时，半径R= （3~5）d，扭杆的有效长度为l，d为扭杆有效长度的直径。 扭杆的扭转刚度k是扭杆的一个重要的物理量，可以参照下面的公式计算。 当其受到扭矩Ｔ的时候，其扭转的切应力τ和变形角φ分别为： 其扭转刚度为： 其中d-扭杆直径，有效长度，Ip惯性矩，Zi抗扭截面系数