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柴油發(fā)電機組連桿螺栓裝配預緊力矩數(shù)據(jù)分析

  這是一次對康明斯發(fā)動機連桿螺栓實測預緊力的數(shù)據(jù)分析,目的是找出連桿螺栓在生產線上時常出現(xiàn)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(fā)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(qū)。因此,在此種狀態(tài)下,康明斯連桿螺栓在裝配過程中拉長現(xiàn)象時常發(fā)生,個別甚至發(fā)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(fā)動機的質量。經檢驗分析,現(xiàn)有的裝配工藝實際施加預緊力過高是導致裝配事故發(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(fā)電機組裝配現(xiàn)場實測的連桿螺栓的預緊力數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)(kN)

螺栓號

發(fā)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(shù)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(jiān)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(lián)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(lián)機的打印值,說明ATLAS擰緊系統(tǒng)控制扭矩時出現(xiàn)系統(tǒng)偏差,因此有必要重新確定其控制扭矩目標值,消除系統(tǒng)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(lián)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(tài)
  以表1測得的實際預緊力數(shù)據(jù)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(shù)F(xi)呈線性分布,說明實際預緊力數(shù)據(jù)是正態(tài)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(shù)據(jù)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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