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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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