发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究

论文摘要

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±1520%,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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究应用现状及发展趋势
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 发动机缸盖螺栓联接的力学模型及分析
• 2.1 螺栓联接理论
• 2.2 缸盖螺栓扭紧过程的受力分析
• 2.3 缸盖螺栓联接特点分析
• 2.4 缸盖螺栓预紧后承受工作载荷分析
• 2.5 疲劳强度和疲劳寿命分析
• 2.6 螺栓所受高温热应力分析
• 2.7 二次预紧方法
• 2.8 本章小结
• 第三章 发动机缸盖螺栓拧紧技术方案分析
• 3.1 扭矩控制法
• 3.2 扭矩-转角控制法
• 3.3 屈服点控制法
• 3.4 伸长量控制法
• 3.5 本章小结
• 第四章 扭矩-转角法拧紧工艺试验方案
• 4.1 试验设备介绍
• 4.2 试验总体方案
• 4.3 实验数据
• 4.4 力矩监控
• 4.5 本章小结
• 第五章 扭矩-转角法拧紧工艺设计与试验分析
• 5.1 扭矩——转角拧紧工艺的初步设计
• 5.2 缸垫材料和承压性能可靠性试验及分析
• 5.3 螺栓长度和拧紧速度对拧紧过程的影响
• 5.4 对初步设计工艺的改进和完善
• 5.5 扭矩-转角法起始扭矩计算
• 5.6 实际生产应用中的技术质量和效益分析
• 5.7 屈服点法研究应用的方向和途径
• 5.8 伸长量法研究和应用前景预测分析
• 5.9 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录