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柴油發(fā)電機(jī)組連桿螺栓裝配預(yù)緊力矩?cái)?shù)據(jù)分析

時(shí)間:2017-01-12 點(diǎn)擊: 919 次

  這是一次對(duì)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓實(shí)測(cè)預(yù)緊力的數(shù)據(jù)分析,目的是找出連桿螺栓在生產(chǎn)線上時(shí)常出現(xiàn)裝配拉長(zhǎng)的原因,并通過(guò)可靠性計(jì)算,重新確定了ATLAS擰緊機(jī)的控制扭矩目標(biāo)值。

  1.引 言
  東風(fēng)汽車公司引進(jìn)美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓的螺紋為M11×1.25,材料性能等級(jí)為12.9級(jí),要求硬度范圍為HRC38~44,屈服下限為1100N/mm2,抗拉強(qiáng)度下限為1220N/mm2。在裝配線上采用瑞典ATLAS擰緊機(jī)裝配連桿螺栓,采用力矩轉(zhuǎn)角法擰緊,其裝配工藝為擰(60±5)Nm再轉(zhuǎn)(60±5)°,螺栓理論伸長(zhǎng)0.254mm,預(yù)緊力為65.67kN,接近了連桿螺栓的屈服區(qū)。因此,在此種狀態(tài)下,康明斯連桿螺栓在裝配過(guò)程中拉長(zhǎng)現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生,個(gè)別甚至發(fā)生頸縮,嚴(yán)重影響了連桿螺栓的裝配質(zhì)量和速度,并直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。經(jīng)檢驗(yàn)分析,現(xiàn)有的裝配工藝實(shí)際施加預(yù)緊力過(guò)高是導(dǎo)致裝配事故發(fā)生的主要原因,故而有必要重新確定連桿螺栓預(yù)緊力矩的大小。

  2.連桿螺栓實(shí)際預(yù)緊力高于理論值的原因
  表1為用美國(guó)GSE超聲波伸長(zhǎng)儀在柴油發(fā)電機(jī)組裝配現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的連桿螺栓的預(yù)緊力數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)與前面預(yù)緊力比較,可看出實(shí)測(cè)值大部分超過(guò)了理論值。

表1實(shí)測(cè)裝配線上連桿螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)(kN)

螺栓號(hào)

發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)

9433005

9433018

9433029

9433036

9433048

1

66.66

70.84

69.90

70.13

70.44

2

70.57

72.67

69.35

71.56

68.08

3

72.06

70.33

64.91

66.96

70.36

4

69.03

69.48

67.44

68.29

71.19

5

62.59

69.23

71.23

70.18

65.94

6

74.10

69.19

71.09

66.81

69.43

7

71.86

67.71

71.29

72.67

69.39

8

70.94

70.88

70.55

67.53

70.81

9

71.97

65.30

68.42

66.94

68.96

10

67.93

67.88

69.90

71.42

70.68

11

70.33

72.63

69.89

68.71

12

67.46

69.54

66.96

72.61

  用高精度力矩儀對(duì)ATLAS擰緊機(jī)扭矩控制精度進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)所用儀器為美國(guó)GSE2062型力矩傳感器,精度為±1%;美國(guó)GSE229-D型數(shù)字式峰值指示器,精度為±5%。ATLAS擰緊機(jī)控制扭矩目標(biāo)值為60Nm,監(jiān)測(cè)扭矩范圍為(60±5)Nm,對(duì)一組螺栓預(yù)緊扭矩檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

缸號(hào)

ATLAS聯(lián)機(jī)打印值

GSE229-D實(shí)測(cè)扭矩值

1軸

2軸

1軸

2軸

1

61.0

61.5

63

61

2

60.8

61.5

63

62

3

61.3

60.8

62

63

4

61.0

61.0

63

63

5

61.3

62.0

60

62

6

61.0

61.5

63

63

  從表2中可看出,用GSE229-D測(cè)得的實(shí)際扭矩的確高于ATLAS聯(lián)機(jī)的打印值,說(shuō)明ATLAS擰緊系統(tǒng)控制扭矩時(shí)出現(xiàn)系統(tǒng)偏差,因此有必要重新確定其控制扭矩目標(biāo)值,消除系統(tǒng)偏差對(duì)實(shí)際扭矩的影響,使得實(shí)際扭矩符合螺栓強(qiáng)度的要求。
  3.連桿螺栓聯(lián)接實(shí)際預(yù)緊力可靠性分析
  (1)連桿螺栓實(shí)際預(yù)緊力分布狀態(tài)
  以表1測(cè)得的實(shí)際預(yù)緊力數(shù)據(jù)按大小排序列于表3中,并計(jì)算其中位秩F(xi)

     (1)

  式中,i為次序號(hào);n為樣本容量。


  將表3中的預(yù)緊力xi對(duì)應(yīng)的中位秩依次點(diǎn)到概率紙上,其分布函數(shù)F(xi)呈線性分布,說(shuō)明實(shí)際預(yù)緊力數(shù)據(jù)是正態(tài)分布。測(cè)得概率為0.5時(shí),預(yù)緊力為均值μs=69.29kN;概率為0.1587時(shí),預(yù)緊力值為67.69kN,故其標(biāo)準(zhǔn)差σs=69.29-67.69=1.6kN。
  螺栓拉伸應(yīng)力σ與預(yù)緊力F′之間存在如下關(guān)系[1]

      (2)

  式中,d1為螺栓螺紋小徑。

表3螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)及中非曲直位秩

順序號(hào)
i

xi
/kN

中位秩
F(xi)

順序號(hào)
i

xi
/kN

中位秩
F(xi)

順序號(hào)
i

xi
/kN

中位秩
F(xi)

順序號(hào)
i

xi
/kN

中位秩
F(xi)

1

62.59

0.012

16

68.08

0.269

31

69.90

0.521

46

71.19

0.783

2

64.91

0.029

17

68.29

0.286

32

70.13

0.543

47

71.23

0.800

3

65.30

0.046

18

68.42

0.303

33

70.18

0.560

48

71.29

0.817

4

65.94

0.063

19

68.71

0.320

34

70.33

0.577

49

71.42

0.834

5

66.66

0.081

20

68.96

0.337

35

70.33

0.594

50

71.56

0.851

6

66.81

0.098

21

69.03

0.355

36

70.36

0.611

51

71.86

0.868

7

66.94

0.115

22

69.19

0.372

37

70.44

0.628

52

71.97

0.885

8

66.96

0.132

23

69.23

0.389

38

70.55

0.646

53

72.06

0.902

9

66.96

0.149

24

69.35

0.406

39

70.57

0.658

54

72.61

0.920

10

67.44

0.166

25

69.39

0.423

40

70.68

0.680

55

72.63

0.937

11

67.46

0.183

26

69.43

0.440

41

70.81

0.697

56

72.67

0.954

12

65.53

0.200

27

69.48

0.457

42

70.84

0.714

57

72.67

0.971

13

67.71

0.218

28

59.54

0.474

43

70.88

0.731

58

74.10

0.988

14

67.88

0.235

29

69.89

0.491

44

70.94

0.748

15

67.93

0.252

30

69.90

0.509

45

71.09

0.765

表2螺栓預(yù)緊扭矩檢測(cè)結(jié)果(Nm)

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