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    柴油發電機組連桿螺栓裝配預緊力矩數據分析

    時間:2017-01-12 21:54?? 作者:admin 點擊:

      這是一次對康明斯發動機連桿螺栓實測預緊力的數據分析,目的是找出連桿螺栓在生產線上時常出現裝配拉長的原因,并通過可靠性計算,重新確定了ATLAS擰緊機的控制扭矩目標值。

      1.引 言
      東風汽車公司引進美國康明斯發動機連桿螺栓的螺紋為M11×1.25,材料性能等級為12.9級,要求硬度范圍為HRC38~44,屈服下限為1100N/mm2,抗拉強度下限為1220N/mm2。在裝配線上采用瑞典ATLAS擰緊機裝配連桿螺栓,采用力矩轉角法擰緊,其裝配工藝為擰(60±5)Nm再轉(60±5)°,螺栓理論伸長0.254mm,預緊力為65.67kN,接近了連桿螺栓的屈服區。因此,在此種狀態下,康明斯連桿螺栓在裝配過程中拉長現象時常發生,個別甚至發生頸縮,嚴重影響了連桿螺栓的裝配質量和速度,并直接影響到發動機的質量。經檢驗分析,現有的裝配工藝實際施加預緊力過高是導致裝配事故發生的主要原因,故而有必要重新確定連桿螺栓預緊力矩的大小。

      2.連桿螺栓實際預緊力高于理論值的原因
      表1為用美國GSE超聲波伸長儀在柴油發電機組裝配現場實測的連桿螺栓的預緊力數據。用這些數據與前面預緊力比較,可看出實測值大部分超過了理論值。

    表1實測裝配線上連桿螺栓預緊力數據(kN)

    螺栓號

    發動機號

    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ATLAS擰緊機扭矩控制精度進行檢驗。檢驗所用儀器為美國GSE2062型力矩傳感器,精度為±1%;美國GSE229-D型數字式峰值指示器,精度為±5%。ATLAS擰緊機控制扭矩目標值為60Nm,監測扭矩范圍為(60±5)Nm,對一組螺栓預緊扭矩檢測結果如表2所示。

    缸號

    ATLAS聯機打印值

    GSE229-D實測扭矩值

    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測得的實際扭矩的確高于ATLAS聯機的打印值,說明ATLAS擰緊系統控制扭矩時出現系統偏差,因此有必要重新確定其控制扭矩目標值,消除系統偏差對實際扭矩的影響,使得實際扭矩符合螺栓強度的要求。
      3.連桿螺栓聯接實際預緊力可靠性分析
      (1)連桿螺栓實際預緊力分布狀態
      以表1測得的實際預緊力數據按大小排序列于表3中,并計算其中位秩F(xi)

         (1)

      式中,i為次序號;n為樣本容量。


      將表3中的預緊力xi對應的中位秩依次點到概率紙上,其分布函數F(xi)呈線性分布,說明實際預緊力數據是正態分布。測得概率為0.5時,預緊力為均值μs=69.29kN;概率為0.1587時,預緊力值為67.69kN,故其標準差σs=69.29-67.69=1.6kN。
      螺栓拉伸應力σ與預緊力F′之間存在如下關系[1]

          (2)

      式中,d1為螺栓螺紋小徑。

    表3螺栓預緊力數據及中非曲直位秩

    順序號
    i

    xi
    /kN

    中位秩
    F(xi)

    順序號
    i

    xi
    /kN

    中位秩
    F(xi)

    順序號
    i

    xi
    /kN

    中位秩
    F(xi)

    順序號
    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螺栓預緊扭矩檢測結果(Nm)

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