发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究

发布时间：2020-03-20 07:00

【摘要】： 螺栓联接是发动机装配中的主要联接方式,目前大多数厂家对发动机缸盖螺栓的装配都采用传统的力矩法进行控制。由于螺栓联接中接触面摩擦、螺纹处摩擦、螺栓装配紧固速度、螺纹形状精度、拧紧工具等因素的影响,其预紧力偏差范围较大,在±35%之间,生产中会出现达到预紧力要求,但扭矩过大,导致螺栓拉断的现象,或者扭矩已到极限而预紧力不足。同时,缸盖螺栓数量多,装配工艺要保证缸体密封,生产中不仅要求螺栓预紧力充足,还要求螺栓的预紧力分布均匀,而扭矩法受摩擦系数等诸多因素的影响,即使是同种工艺,不同批次的缸盖螺栓,其预紧力都偏差较大,不能满足要求。扭矩-转角法是给装配的螺栓施加一个起始扭矩,然后再旋转一个角度,从而使螺栓材料达到超过弹性极限,达到最佳和最大夹紧力的目的。这样,可以明显减小摩擦等不良因素给螺栓装配带来的影响,使预紧力偏差稳定在±15~ 20%,并集中分布在螺栓的屈服强度附近。本文首先介绍了螺栓拧紧理论的相关概念,包括预紧力与残余预紧力、扭矩与转角、扭矩系数、摩擦系数等,讨论了影响预紧力一致性的原因。然后建立了螺栓受力的力学模型,分析了螺栓在扭紧过程的受力情况、预紧力与扭矩的关系、预紧力与转角的关系,螺栓工作中受到的载荷,疲劳强度与疲劳寿命等,为扭矩-转角法的设计打下理论基础。接着介绍了目前螺栓拧紧的四种控制方法:扭矩法、扭矩-转角法、屈服点法和伸长量法,并对其优缺点进行了评价。第四章结合实际生产课题,设计了初步的扭矩-转角拧紧工艺,并对我公司YC4D系列发动机和YC6J系列发动机的缸盖螺栓进行试验。第五章对试验结果进行分析,适当调整初始力矩和转角,并做了第二次试验,进一步完善了扭矩-转角拧紧工艺。最后,明确了屈服点法研究应用的方向和途径,并对伸长量法的研究和应用前景作出合理的预测。
【图文】：

示意图,螺栓扭矩,示意图,缸盖螺栓

机械装置中最普遍，应用最为广泛的连紧过程却颇为复杂，缺乏可信的物理和螺纹联接在装配时都必须拧紧，称为预之前，预先受到预紧力的作用。当前拧上，理论值和实测值误差较大。缸盖螺栓，其连接的可靠性直接关系到发动机性[4~7]。从工作条件上来讲，缸盖螺栓负荷[8, 9]，，工作环境最为恶劣，极易失和缸体间一般采用石棉纤维软性材料密缸盖螺栓连接是一种更为复杂的软连接的拧紧工艺来实现产品设计的预紧力要提高联接的防松能力和疲劳强度。

受力图,受力图,残余预紧力,工作载荷

(a)螺母已拧紧 (b)已承受工作载荷图 2-1 汽缸盖螺栓工作受力图Fig.2-1 Force diagram of cylinder head Bolts in working state如图 2-1 所示，（a）为气缸盖螺母拧紧但尚未承受工作载荷的状态，此时螺栓受预紧力 F '作用，(b)为承受工作载荷的状态，此时螺栓受力0F = F + F''，其中F 为工作拉力， F ''为残余预紧力。表 2-1 为不同状态下残余预紧力的推荐值。表 2-1 不同状态下残余预紧力的推荐值2.1.2 第四强度理论
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH131.3

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