咔哒扳手扭矩输出影响因素详解

咔哒扳手的硬件组成大致如下：

在使用咔哒扳手前，需要通过旋拧调节弹簧调节器来调节扭矩弹簧的弹性势能大小，来控制咔哒扳手扭矩的脱扣力矩大小，从而控制产生咔哒时的扭矩大。这里会产生一个影响扭矩输出的因素为，弹簧在压紧的状态下，在持续不变的压紧作用下，其形变随时间缓慢增加。变为弹簧产生了弹性蠕变，即使应力远低于材料的屈服强度，蠕变也可能发生。而如若扭矩弹簧产生蠕变，便会影响扭矩输出。故此在使用完可调节咔哒扳手时，需将可调咔哒调整到零点位置。

在使用咔哒扳手进行拧紧螺栓时，棘轮头会将施加在螺栓头部的扭矩传递给内杆，内杆由于支点的支撑作用，在内杆的两端形成杠杆受力模型，内杆的两端会产生大小相等方向相反的扭矩。在内杆接近卡爪的一端的扭矩持续增大，便会使内杆和卡爪的由于扭矩弹簧势能产生的稳态打破，从而产生滑动脱扣现象，如下图所示。

根据我们前文的分析，咔哒点的输出扭矩值=内杆和卡爪产生脱扣的扭矩，通过这个结论我们可以进行模拟，如若内杆和卡爪的接触面由于长时间的磨损，卡爪的端面间会产生一定的圆角，同时与内杆的接触面也会产生圆角，这时脱扣所需的扭矩值便会降低，导致咔哒点的输出扭矩也会降低。

当我们选择所需要的拧紧方向时，我们可以选择换向器，压紧不同方向的棘爪，这样棘爪便会接触到棘轮，在目前的状态下，如果棘轮顺时针旋转，棘爪便会弹开，不会阻挡棘轮活动，而棘轮如果进行逆时针旋转的话，棘爪便会卡死棘轮运动，产生反力臂。

根据棘轮的原理分析，作用在螺栓头部的为咔哒扳手套筒，套筒将作用在螺栓头部的扭矩传递给棘轮头上的输出方头，方头和棘轮为一体结构，扭矩随即由方头传递到棘轮，最终由棘轮齿传递到棘爪，而这个过程传递给棘爪的由棘轮上的扭矩转换为力。而这个力便直接作用在内杆上，在这个过程中，如果我们假设棘轮齿与棘爪没有产生磨损，而方头有一定的磨损或者偏心，就会导致实际输出到螺栓头部的扭矩与方头没有磨损或者偏心下的状态有一定的偏差。反之棘轮齿与棘爪的磨损同样会造成，扭矩输出偏差。

根据之前的分析咔哒扭矩扳手的棘轮头会影响到我们扭矩输出，但是这个影响如何去量化？在ISO6789-part2中所提及校准方法以及计算，可以用来测试计算出棘轮头对于扭矩输出的影响。但是本文作者通过测试后，根据所测试的经验的个人观点认为，方头磨损对于扭矩输出的影响十分有限。故此如若完全按照标准进行测试校准，其过程会过于冗余。

brep=扭矩工具的扭矩再现性

bod=扭矩工具输出头的影响

bint=扭矩工具输出头与校准设备之间的相互影响

bi=加力点对扭矩输出的影响

根据前文对于咔哒扳手产生咔哒的过程介绍，咔哒扳手的咔哒机构可以通过扳手产生的咔哒弯折和声响来提示操作人员到达设定的目前脱钩扭矩，但是内杆产生脱钩后会直接与下图红色部分的内壁接触，也就是说，咔哒扳手产生咔哒后，如若操作人员继续拧紧，扳手会持续输出扭矩，并且扭矩会逐渐增大，直到操作人员停止拧紧过程。总结为，使用咔哒时，拧紧速度会影响最终输出的峰值扭矩。

在操作咔哒扳手时，我们首先需要了解在施加扭矩的状态下的咔哒扳手的受力分析，从宏观角度分析，操作人员手持握在咔哒扳手握把处，施加力我们命名为输入力（F_in），螺栓的螺纹对抗拧紧的力矩所产生的反作用力。这个力作用在扳手套筒头的内壁上，方向与拧紧方向相反。输出力/阻力（F_out）。

而从咔哒扳手内部分析：棘爪与棘轮的相互作用力（N）： 这是分析的关键。棘爪在弹簧力作用下，其斜面紧紧顶住棘轮的齿根。当用户逆时针（假设为拧紧方向）转动手柄时，棘轮的齿会对棘爪产生一个作用力 N。这个力 N 的方向是垂直于棘爪与棘轮齿的接触面的。

径向分力（N_r）： 沿着棘轮半径方向指向圆心。这个力由棘爪的销轴和弹簧来平衡，它确保了棘爪不会从棘轮中脱出，是维持锁止的关键。

切向分力（N_t）： 沿着棘轮的切线方向。这个分力是有益的，因为它产生了一个与拧紧方向相同的力矩，辅助了使用者的施力。

切向分力（N_t）在内杆上的反作用力（N_t’）的与施加力F_in同方向的分力（N_t’_1），会在内杆上作用，并通过支点的作用在卡爪处产生大小相等方向相反的杠杆力（F_t)。而随着我们施加的力（F_in）增大，传递到卡爪上的F_t也随着增大，当F_t足够破坏卡爪、凸轮和内杆由于扭矩弹簧的弹性势能形成的稳态结构时，产生脱扣。

根据之前的分析，破坏卡爪、凸轮和内杆的稳态结构的F_t的大小收到扭矩弹簧影响，我们在以下分析假设破坏稳态的（F_t）处于恒定不变的状态，如若支点的力臂不改变，所需的力（N_t’_1）也恒定不变，而我们同时假设棘轮无磨损，也可以确认所需的（N_t’)也恒定不变，而破坏稳态所需的（N_t’)受我们施加的（F_in）×（手持点中心-棘轮中心）的力矩影响。

根据之前的结论如若我们施加的（F_in）×（手持点中心-棘轮中心）的力矩达到我们咔哒时所需的力矩，咔哒扳手就会产生咔哒，换一条件，我们可以认为，即使我们改变的我们施加力（F_in）的受力点，只要保证力矩达到临界值便可以产生咔哒，但是当我们改变施加力（F_in）的受力点时会改变施加力（F_in）的大小，而在产生咔哒后施加力（F_in）的大小会改变过咔哒点后的扭矩惯量，而惯量的大小会影响到最终扳手输出的峰值扭矩。

还有一种拧紧情况可能会在实际使用咔哒扳手的过程中出现，即为操作人员用手去施加力在咔哒扳手握把时，可能在扳手的上通过手持和施力的方式，形成一个独立杠杆系统如下图所示，大拇指作为支点，手掌握持施力为杠杆系统一端的施力，而另一端力（F_out’）而这个力也会传递给咔哒扳手内部，届时施加在内杆上的（N_t’_1）受我们施加的（F_in）×（手持点中心-棘轮中心）的力矩以及上述的独立杠杆系统产生的力（F_out’）在棘轮上产生的力矩共同影响。这样的复合影响下，会导致我们作用在螺栓头部的扭矩小于我们设置咔哒点扭矩。

我们同时使用扭矩扳手进行拧紧时，我们可以在扭矩-时间的曲线中，找到3个波峰，这个三个波峰分别为：

TK：为咔哒扳手产生脱扣时产生的扭矩值，为曲线中的第一个波峰。

Tmax：为操作人员使用咔哒扳手时，拧紧到咔哒点后，由于旋转惯性并未停止，继续施加扭矩后产生的峰值扭矩。

TB：为由于扭矩弹簧保存的弹性势能在操作人员在停止施加扭矩后，产生的回弹扭矩（反作用力）。