连杆螺栓拧紧度_发动机连杆螺栓自动拧紧机应用研究

来源:职业教育 发布时间:2019-05-24 05:36:32 点击:

  摘要: 发动机连杆螺栓的拧紧力矩是发动机总成装配的关键力矩,它直接影响到发动机的性能。我公司自引进阿特拉斯(ATLAS)力矩拧紧机后,按着设计所最初给定的参数,发动机在试车中经常出现瓦响故障,为解决这一质量问题,对连杆螺栓的拧紧进行试验研究,分析认为采用的拧紧方法及拧紧工艺参数不合理,造成预紧力离散度较大,本文重点论述拧紧工艺参数的选择和优化。
  关键词: 自动力矩拧紧机;扭矩-转角法;连杆螺栓
  
  一、 DA465Q连杆螺栓情况
  
  连杆总成是发动机的重要部件,而连杆螺栓紧固力矩是发动机总成装配的关键力矩,它的好坏直接影响着发动机的质量。
  DA465Q发动机额定转速为6000r/min,即单缸连杆每分钟要承受12000次交变负荷,图纸规定的连杆螺栓力矩为35~40Nm。在如此高频次的工作条件下,保证连杆拧紧力矩的现实意义是不言而喻的。
  DA465Q连杆螺栓的材料为40CrNiMOA属优质合金钢,采用敦制成型,螺纹是在热处理后滚制,硬度要求为HRC37-42,探伤无裂纹,满足性能要求,
  本文研究的对象就是M7×0.75细牙螺纹连杆螺栓。
  
  二、发动机拧紧方式的选择
  
  过去我公司曾长时间的使用扭矩法(一次拧紧),而该方法间接地控制预紧力,由于受螺栓或螺母螺纹面摩擦力、拧紧工具精度以及操作者的影响,预紧力离散度很大,可高达±40%。摩擦系数f大时,达到规定拧紧力矩而保证不了最小预紧力,会影响发动机的可靠性,发动机试车时常表现出瓦响;当摩擦系数f过小时,按规定力矩拧紧时,可能超过螺栓的屈服点,发生螺栓变形、断裂、螺纹撸扣、座面凹陷等质量问题。所以这种方法的控制精度较差。
  利用阿特拉斯(ATLAS)力矩拧紧机采用扭矩-转角法拧紧是否可行,通过下面的分析就可以得出结论。
  
  如图2.1所示,图中的两条曲线分别为两个螺栓的扭矩-预紧力对应关系,其中AB和A"B"的斜率不同,是由于两螺栓的摩擦系数不同引起的,假设螺栓1为正常螺栓,那么螺栓2就是摩擦系数较大的坏螺栓。
  如果只用力矩法拧紧,拧紧力矩为M0,那么好坏螺栓的预紧力差为(P1-P2)。如果先用力矩法将贴合力矩拧紧至C和C"点,在转过一个转角α,假设对于好螺栓1来说,拧过转角α后仍到达D点,对应的预紧力仍为P1,那么螺栓2在转过α角后力矩将达到M0",螺栓对应的预紧力将为P2"。很显然,(P1-P2)> (P1-P2"),也就是说,使用扭矩-转角法是可以在忽略摩擦系数的影响下较为精确地控制预紧力的,所以在使用自动力矩拧紧机后采用此法是可行的。
  
  三、扭矩-转角法参数选择及优化
  
  连杆螺栓的力矩值是由贴紧点力矩和连杆螺母拧过的角度决定的,选择好这两个参数并进行优化是本节讨论的重点。
  3.1参数选择的方法
  假设所要达到的连杆螺栓力矩值为M0,而贴紧点力矩值为M1,拧紧角度为α,由角度产生的力矩系数为A,则M0是由M1和拧紧角度α两部分决定的,即M0=M1+Aα。选择参数就是如何分配M1和α。由于螺纹和连杆加工质量的影响,如果M1设置较小,当力矩拧紧机达到M1时,螺纹未必真正达到贴紧点,之后再转过设置的角度α,这时拧紧力矩显然达不到M0,也就是说最终力矩的离散性仍然很大。现公司所使用的连杆螺栓加工精度不是很高,为了克服由此带来的影响必须增大贴紧点力矩M1,使在进行转角之前螺栓切实达到贴紧点。由上面M1、M0和α的关系可知,若M0为一常数,M1增大,α则需减小,拧紧角度减小,可使螺栓拧紧力矩的离散性减小。
  另一方面,由于各结合面的摩擦系数不尽相同,因此,各贴紧点便不同,如图2.1所示,当贴紧点力矩较小时(但必须超过A点),产生的预紧力偏差△P相对较小,这就又要求在选择贴紧点时应尽可能地选择较小的贴紧点力矩值,然后,再加上一定的转角。但在实际生产中,应平衡好这对矛盾,合理选择,应充分考虑满足最终拧紧力矩的要求。
  综上所述,所选择的贴紧点既不能太大,也不能太小,应选择适当贴紧点力矩值再加上一定的转角,能够保证绝大多数的螺栓在真正贴紧之后再加固定的转角拧紧,确保最终预紧力满足要求。
  3.2参数试验及分析
  基于以上的分析,结合设计所提供的参数,在力矩拧紧机上进行了如下三组试验:
  1)、M1=17.5Nm α=40 报警力矩下限是25Nm (设计提供)如图3.1
  2)、M1=17.5Nmα=45° 报警力矩下限是25Nm如图3.2
  3)、M1=20Nmα=37° 报警力矩下限是27Nm如图3.3
  每组参数采样240个数据,试验结果作图如下:
  
  从图3.1可以看出:在报警力矩值下限25Nm以下的有3个,报警力矩值45Nm以上的有2个,中值为34-37Nm。从图3.2中可以看出:在报警力矩值下限25Nm以下的有2个,而报警力矩值45Nm以上的有6个,中值为37-40Nm,与图3.3相比,中值偏高3Nm,离散度偏大,曲线严重偏态。
  
  将图3.3中的情况与上两种情况相对比。在图中,在报警力矩值27Nm以下的没有,按着装配要求,比以上两种情况均有所改善,中值为37-40Nm,与图3.2中的数值相等,而中值数量为108个,可以看出力矩值的离散性较前两种情况都好,并且超过报警力矩45Nm以上的只有1个。
  从图的分析可以看出:
  1)、力矩拧紧机的最终输出的预紧力是由贴紧点力矩和拧紧转角决定的,贴紧点力矩和拧紧转角的改变可以改变预紧力的大小和力矩的离散性。
  2)、当贴紧点的力矩值选择在17.5Nm时,无论转角是40°,还是45°,均存在低于报警下限值以下的情况,结果表明,在此力矩下的离散性较大,这是在生产实际中不希望出现的情况。
  3)、当把贴紧点的力矩值选择在20Nm时,在加上37°的转角,低于报警下限值的没有,且离散性较小。
  
  四、总结
  
  本文以发动机连杆螺栓的拧紧为例,介绍连杆螺栓自动拧紧机在我公司的应用研究。通过对连杆螺栓的拧紧进行试验研究得出结论:
  1、采用扭矩-转角法,连杆螺栓的力矩值是由贴紧点力矩和连杆螺母拧过的角度决定的,即M0=M1+Aα。
  2、连杆螺栓拧紧采用扭矩-转角法优于扭矩法和二次拧紧法,其最佳的拧紧参数为20Nm+37°。

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