基于扭矩转角法的发动机主轴承盖连接螺栓装配工艺的实验研究
发布时间：2021-10-08 05:27
随着汽车工业的快速发展,人们对汽车的安全性能提出更高的要求。而发动机作为汽车的心脏,其可靠平稳的运行承担了最重要的任务。而要保证发动机的正常运行,首先要保证发动机上连接结构紧固合理。近年来,因螺栓装配质量问题而引起的汽车事故数不胜数。因此,研究螺栓的装配质量是很有必要的。发动机上的连接结构主要以螺纹连接为主,因为螺纹连接可以提供较大的预紧力,作为标准件,其互换性较好且易于装配。但为了控制螺栓的装配质量,就必须对螺栓的装配工艺因素进行研究。本文以校企合作专项为依托,以解决企业实际问题为目的,专注于提高螺栓装配质量,分析多种影响装配质量的因素,总结规律,将规律应用于装配工程中,并实验以检查解决方案的合理性。本文主要研究内容如下:（1）分析了主轴承盖螺栓连接结构的重要性,并分析螺栓所受到的交变载荷,算得螺栓在工况下的最大预紧力和最小预紧力。介绍螺栓装配质量评价的标准以及目前正在使用的装配质量评价工程方法;（2）按照原工艺方案进行实验,最终预紧力和扭矩不在合格范围内,进而分析可能影响预紧力离散度的因素。并根据实际情况,找到主要影响因素;本文主要研究装配方法、拧紧规范和表面处理等3个因素,根据理...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机主轴承盖Fig.1.1Enginemainbearingcap
2发动机主轴承盖螺栓装配质量评价92发动机主轴承盖螺栓装配质量评价2.1主轴承盖螺栓连接重要性主轴承盖连接结构是发动机中非常关键的部分，其连接结构主要由发动机缸体、轴承盖、主轴承盖螺栓三部分组成。其装配连接位置示意图如下图2.1所示。装配发动机主轴承盖螺栓时，首先完成主轴承盖与发动机缸体配合面的定位，按照装配工艺规范将主轴承盖螺栓插入轴承盖的连接通孔，用拧紧机按照设定的装配方法进行装配，保证曲轴在工作过程中安全可靠地运行。发动机正常工作阶段，主轴承盖螺栓主要受到两种载荷，第一部分载荷是由气体燃烧所产生的巨大爆发压力作用到活塞，进而传递到曲轴上，最后传递到主轴承盖螺栓上。另一部分载荷来自曲轴连杆高速旋转所产生的旋转惯性力和活塞产生的往返惯性力。因此，主轴承盖螺栓的工作环境较为复杂，想要保证发动机安全可靠工作，必须对主轴承盖螺栓施加合适的预紧力，以保证连接结构的紧密性。而螺栓预紧力过大将导致螺栓断裂，过小会使主轴承盖松脱，曲轴不能可靠高速旋转，从而破坏发动机的正常运转[13]。图2.1主轴承盖螺栓装配位置Fig.2.1Mainbearingcapboltassemblyposition2.2主轴承盖螺栓载荷分析2.2.1发机气缸工作过程本章研究的主轴承盖螺栓为直列四缸四冲程汽油发动机上的螺栓，该发动机一个运行周期主要由进气、压缩、燃烧做功、吸气四个工作行程组成。工作循环情况如下表2.1所示。
重庆大学硕士学位论文10表2.1直列四缸四冲程发动机工作循环Tab.2.1WorkingCycleofInlineFour-CylinderFour-StrokeEngine曲轴转角（°）第一缸第二缸第三缸第四缸0~180做功压缩排气进气180~360排气做功进气压缩360~540进气排气压缩做功540~720压缩进气做功排气一个周期内曲轴旋转720°，4个曲轴在同一个平面内。缸内压强随着缸内体积变化而变化，其变化规律如下图2.2所示。以第四缸为例，发动机第四缸进气阶段，曲轴从0°旋转180°，活塞从最高点运动到最低点。此时发动机进气门打开，排气门关闭，气缸内工作压力低于外界大气压（如下图2.2中的1-2阶段），空气和汽油的混合气体进入到气缸。曲轴由于惯性从180°旋转到360°为第四缸压缩气体阶段，此时进排气门都关闭，活塞从最低点运动到最高点，气缸内压强逐渐增大（如下图2.2中的2-3阶段）。此时，火花塞点燃气体，气缸内压强瞬间增加到最大值（如下图2.2中的3-4阶段）。气体瞬间膨胀推动活塞做功，曲轴从360°转到540°，活塞做功从最高点运动到最低点，缸内压强也迅速减小（如下图2.2中的4-6阶段）。最后排气阶段，曲轴从540°转到720°，此阶段进气口关闭，排气口打开，活塞排出废气，完成循环，此时缸内压强略高于缸外压强（如下图2.2的6-1阶段）。压强/P缸内体积/V气缸活塞216534图2.2缸内压强与体积的关系Fig.2.2Relationshipbetweenpressureandvolumeincylinder
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺栓装配扭矩控制方法及其应用分析[J]. 孙纪伟. 内燃机与配件. 2019(04)
[2]超声法测量高强螺栓应力试验研究[J]. 马楠,刘峰,蔡桂喜,张双楠. 石油机械. 2018(07)
[3]发动机主轴承盖螺栓拧紧工艺开发[J]. 钱晨,高院玲,王凯. 汽车工艺与材料. 2018(05)
[4]声弹性效应螺栓轴向应力标定试验研究[J]. 贾雪,王雪梅,甘文成,倪文波. 中国测试. 2018(03)
[5]圆柱型零部件螺栓组拧紧顺序的研究[J]. 郝凯明,陈政弘,张松鹤,梁琼,蒋恩腾,王瑞平. 机械研究与应用. 2016(03)
[6]螺丝自动拧紧速度的优化[J]. 何成,陈抱雪. 机械设计与制造. 2015(05)
[7]螺栓组拧紧顺序对结构体接触刚度的影响研究[J]. 李培林,王庆力,王崴,刘晓卫. 组合机床与自动化加工技术. 2014(11)
[8]基于多色集合理论的螺栓装配工艺建模方法[J]. 王崴,马跃,徐浩,刘晓卫. 计算机集成制造系统. 2014(08)
[9]拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析[J]. 张和平,王晓斌,莫易敏,满健康,王赓,陈璟. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(04)
[10]基于ANSYS分析的螺栓组拧紧工艺研究[J]. 马跃,王崴,徐浩,徐晓东,刘晓卫. 组合机床与自动化加工技术. 2013(06)
博士论文
[1]海洋大气环境用元素掺杂碳基薄膜结构设计与制备[D]. 詹华.中国农业机械化科学研究院 2018
硕士论文
[1]卡车关键零部件螺纹联接系统装配工艺及影响因素的研究[D]. 裴海峰.长安大学 2017
[2]某柴油发动机主轴承盖螺栓动力学特性及疲劳寿命研究[D]. 陈政果.西南科技大学 2017
[3]发动机连杆螺栓可靠性设计与拧紧技术研究[D]. 陈占善.吉林大学 2016
[4]铝合金轮毂螺栓预紧力提升方法及试验研究[D]. 崔霄霖.燕山大学 2016
[5]42CrMo高强螺栓摩擦系数测量及影响因素研究[D]. 余兆新.浙江工业大学 2010
[6]发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究[D]. 郑劲松.上海交通大学 2008
本文编号：3423517
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机主轴承盖Fig.1.1Enginemainbearingcap
2发动机主轴承盖螺栓装配质量评价92发动机主轴承盖螺栓装配质量评价2.1主轴承盖螺栓连接重要性主轴承盖连接结构是发动机中非常关键的部分，其连接结构主要由发动机缸体、轴承盖、主轴承盖螺栓三部分组成。其装配连接位置示意图如下图2.1所示。装配发动机主轴承盖螺栓时，首先完成主轴承盖与发动机缸体配合面的定位，按照装配工艺规范将主轴承盖螺栓插入轴承盖的连接通孔，用拧紧机按照设定的装配方法进行装配，保证曲轴在工作过程中安全可靠地运行。发动机正常工作阶段，主轴承盖螺栓主要受到两种载荷，第一部分载荷是由气体燃烧所产生的巨大爆发压力作用到活塞，进而传递到曲轴上，最后传递到主轴承盖螺栓上。另一部分载荷来自曲轴连杆高速旋转所产生的旋转惯性力和活塞产生的往返惯性力。因此，主轴承盖螺栓的工作环境较为复杂，想要保证发动机安全可靠工作，必须对主轴承盖螺栓施加合适的预紧力，以保证连接结构的紧密性。而螺栓预紧力过大将导致螺栓断裂，过小会使主轴承盖松脱，曲轴不能可靠高速旋转，从而破坏发动机的正常运转[13]。图2.1主轴承盖螺栓装配位置Fig.2.1Mainbearingcapboltassemblyposition2.2主轴承盖螺栓载荷分析2.2.1发机气缸工作过程本章研究的主轴承盖螺栓为直列四缸四冲程汽油发动机上的螺栓，该发动机一个运行周期主要由进气、压缩、燃烧做功、吸气四个工作行程组成。工作循环情况如下表2.1所示。
重庆大学硕士学位论文10表2.1直列四缸四冲程发动机工作循环Tab.2.1WorkingCycleofInlineFour-CylinderFour-StrokeEngine曲轴转角（°）第一缸第二缸第三缸第四缸0~180做功压缩排气进气180~360排气做功进气压缩360~540进气排气压缩做功540~720压缩进气做功排气一个周期内曲轴旋转720°，4个曲轴在同一个平面内。缸内压强随着缸内体积变化而变化，其变化规律如下图2.2所示。以第四缸为例，发动机第四缸进气阶段，曲轴从0°旋转180°，活塞从最高点运动到最低点。此时发动机进气门打开，排气门关闭，气缸内工作压力低于外界大气压（如下图2.2中的1-2阶段），空气和汽油的混合气体进入到气缸。曲轴由于惯性从180°旋转到360°为第四缸压缩气体阶段，此时进排气门都关闭，活塞从最低点运动到最高点，气缸内压强逐渐增大（如下图2.2中的2-3阶段）。此时，火花塞点燃气体，气缸内压强瞬间增加到最大值（如下图2.2中的3-4阶段）。气体瞬间膨胀推动活塞做功，曲轴从360°转到540°，活塞做功从最高点运动到最低点，缸内压强也迅速减小（如下图2.2中的4-6阶段）。最后排气阶段，曲轴从540°转到720°，此阶段进气口关闭，排气口打开，活塞排出废气，完成循环，此时缸内压强略高于缸外压强（如下图2.2的6-1阶段）。压强/P缸内体积/V气缸活塞216534图2.2缸内压强与体积的关系Fig.2.2Relationshipbetweenpressureandvolumeincylinder
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺栓装配扭矩控制方法及其应用分析[J]. 孙纪伟. 内燃机与配件. 2019(04)
[2]超声法测量高强螺栓应力试验研究[J]. 马楠,刘峰,蔡桂喜,张双楠. 石油机械. 2018(07)
[3]发动机主轴承盖螺栓拧紧工艺开发[J]. 钱晨,高院玲,王凯. 汽车工艺与材料. 2018(05)
[4]声弹性效应螺栓轴向应力标定试验研究[J]. 贾雪,王雪梅,甘文成,倪文波. 中国测试. 2018(03)
[5]圆柱型零部件螺栓组拧紧顺序的研究[J]. 郝凯明,陈政弘,张松鹤,梁琼,蒋恩腾,王瑞平. 机械研究与应用. 2016(03)
[6]螺丝自动拧紧速度的优化[J]. 何成,陈抱雪. 机械设计与制造. 2015(05)
[7]螺栓组拧紧顺序对结构体接触刚度的影响研究[J]. 李培林,王庆力,王崴,刘晓卫. 组合机床与自动化加工技术. 2014(11)
[8]基于多色集合理论的螺栓装配工艺建模方法[J]. 王崴,马跃,徐浩,刘晓卫. 计算机集成制造系统. 2014(08)
[9]拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析[J]. 张和平,王晓斌,莫易敏,满健康,王赓,陈璟. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(04)
[10]基于ANSYS分析的螺栓组拧紧工艺研究[J]. 马跃,王崴,徐浩,徐晓东,刘晓卫. 组合机床与自动化加工技术. 2013(06)
博士论文
[1]海洋大气环境用元素掺杂碳基薄膜结构设计与制备[D]. 詹华.中国农业机械化科学研究院 2018
硕士论文
[1]卡车关键零部件螺纹联接系统装配工艺及影响因素的研究[D]. 裴海峰.长安大学 2017
[2]某柴油发动机主轴承盖螺栓动力学特性及疲劳寿命研究[D]. 陈政果.西南科技大学 2017
[3]发动机连杆螺栓可靠性设计与拧紧技术研究[D]. 陈占善.吉林大学 2016
[4]铝合金轮毂螺栓预紧力提升方法及试验研究[D]. 崔霄霖.燕山大学 2016
[5]42CrMo高强螺栓摩擦系数测量及影响因素研究[D]. 余兆新.浙江工业大学 2010
[6]发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究[D]. 郑劲松.上海交通大学 2008
本文编号：3423517
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