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柴油发电机组连杆螺栓装配预紧力矩数据分析

时间:2017-01-12 21:54?? 作者:admin 点击:

  这是一次对康明斯发动机连杆螺栓实测预紧力的数据分析,目的是找出连杆螺栓在生产线上时常出现装配拉长的原因,并通过可靠性计算,重新确定了ATLAS拧紧机的控制扭矩目标值。

  1.引 言
  东风汽车公司引进美国康明斯发动机连杆螺栓的螺纹为M11×1.25,材料性能等级为12.9级,要求硬度范围为HRC38~44,屈服下限为1100N/mm2,抗拉强度下限为1220N/mm2。在装配线上采用瑞典ATLAS拧紧机装配连杆螺栓,采用力矩转角法拧紧,其装配工艺为拧(60±5)Nm再转(60±5)°,螺栓理论伸长0.254mm,预紧力为65.67kN,接近了连杆螺栓的屈服区。因此,在此种状态下,康明斯连杆螺栓在装配过程中拉长现象时常发生,个别甚至发生颈缩,严重影响了连杆螺栓的装配质量和速度,并直接影响到发动机的质量。经检验分析,现有的装配工艺实际施加预紧力过高是导致装配事故发生的主要原因,故而有必要重新确定连杆螺栓预紧力矩的大小。

  2.连杆螺栓实际预紧力高于理论值的原因
  表1为用美国GSE超声波伸长仪在柴油发电机组装配现场实测的连杆螺栓的预紧力数据。用这些数据与前面预紧力比较,可看出实测值大部分超过了理论值。

表1实测装配线上连杆螺栓预紧力数据(kN)

螺栓号

发动机号

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

  用高精度力矩仪对ATLAS拧紧机扭矩控制精度进行检验。检验所用仪器为美国GSE2062型力矩传感器,精度为±1%;美国GSE229-D型数字式峰值指示器,精度为±5%。ATLAS拧紧机控制扭矩目标值为60Nm,监测扭矩范围为(60±5)Nm,对一组螺栓预紧扭矩检测结果如表2所示。

缸号

ATLAS联机打印值

GSE229-D实测扭矩值

1轴

2轴

1轴

2轴

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

  从表2中可看出,用GSE229-D测得的实际扭矩的确高于ATLAS联机的打印值,说明ATLAS拧紧系统控制扭矩时出现系统偏差,因此有必要重新确定其控制扭矩目标值,消除系统偏差对实际扭矩的影响,使得实际扭矩符合螺栓强度的要求。
  3.连杆螺栓联接实际预紧力可靠性分析
  (1)连杆螺栓实际预紧力分布状态
  以表1测得的实际预紧力数据按大小排序列于表3中,并计算其中位秩F(xi)

     (1)

  式中,i为次序号;n为样本容量。


  将表3中的预紧力xi对应的中位秩依次点到概率纸上,其分布函数F(xi)呈线性分布,说明实际预紧力数据是正态分布。测得概率为0.5时,预紧力为均值μs=69.29kN;概率为0.1587时,预紧力值为67.69kN,故其标准差σs=69.29-67.69=1.6kN。
  螺栓拉伸应力σ与预紧力F′之间存在如下关系[1]

      (2)

  式中,d1为螺栓螺纹小径。

表3螺栓预紧力数据及中非曲直位秩

顺序号
i

xi
/kN

中位秩
F(xi)

顺序号
i

xi
/kN

中位秩
F(xi)

顺序号
i

xi
/kN

中位秩
F(xi)

顺序号
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螺栓预紧扭矩检测结果(Nm)

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