摩托車缸頭螺栓擰緊工藝研究

時間：2022-09-16 13:32:54

關鍵字：摩擦系數(shù) 面壓伸長量

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[導讀]摘要:在發(fā)動機裝配中,為保證缸體、缸頭的連接可靠,需要給定擰緊扭矩值,使螺栓產(chǎn)生軸向夾緊力,現(xiàn)對各種工藝下的軸力進行比較,以確定緊固方案。

引言

缸蓋螺栓是發(fā)動機連接螺栓中最為重要的螺栓之一,其連接的可靠性直接關系到發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、安全性。從工作條件上講,缸蓋螺栓受發(fā)動機汽缸內(nèi)氣體壓力的交變作用和熱負荷影響,工作環(huán)境最為惡劣,極易失效:從結(jié)構(gòu)上來講,缸蓋螺栓連接是一種更為復雜的軟連接,這就要求缸蓋螺栓設計更為科學合理的擰緊工藝來實現(xiàn)產(chǎn)品設計的預緊力要求,確保連接的可靠性、緊密性和剛性。

1缸蓋螺栓工作載荷和理論抗拉力計算

發(fā)動機缸蓋螺栓與缸蓋、缸墊、缸體連接在一起,組成連接體,在擰緊缸蓋螺栓后,缸蓋螺栓被拉長,而缸蓋連接件被壓縮,螺栓軸力與被連接件的壓力大小相等。當發(fā)動機工作時,由于氣體燃燒產(chǎn)生的爆壓作用,螺栓還受到附加載荷,而被連接件的壓力則減小。此外,螺栓還將受到熱載負荷沖擊。

為計算缸頭螺栓在汽缸最大爆燃壓力下的壓力,并校核螺栓的最大彈性載荷和剛度,我們進行了測試驗證。

1.1軸向預緊力計算

汽缸蓋所受推力=汽缸內(nèi)壓力作用在活塞上的總壓力,其計算公式為:

式中,FC為汽缸頭蓋所受總推力(N):Pg為汽缸內(nèi)絕對壓強(MPa):P0為大氣壓強(MPa),取0.101MPa:Sb為活塞頂部投影面(mm2),Sb=xD2,D為汽缸直徑(mm)。

根據(jù)對汽缸爆燃壓力的測試,最高爆發(fā)壓強(相對壓強)Pmax=6.5MPa,缸徑D=57mm,則缸蓋底面上的最大爆燃壓力為:

由于缸蓋螺栓連接有密封要求,作用在每個汽缸的螺栓總預緊力不應小于氣體壓力作用在每缸上總力的3.2倍。取N值為3.2時,發(fā)動機缸蓋單個螺栓擰緊后最小軸向力要求為F=3.2×Fmax/4≈13.2kN,故取軸向力下限為13.2kN。

1.2雙頭螺栓抗拉拉力和剛度計算

將該機型雙頭螺栓固定在一個平臺上,中間安裝壓力傳感器,不斷擰緊螺母,使螺栓伸長,同時使用外徑千分尺測量螺栓伸長量,根據(jù)壓力傳感器讀取夾緊力數(shù)值,然后使用統(tǒng)計方法計算最大屈服點拉力和螺栓剛度(3根取平均值):平均抗拉拉力F=24kN:平均剛度K=43.2kN/mm。

根據(jù)試驗,該雙頭螺栓能滿足發(fā)動機爆燃壓力的要求。

2緊固工藝試驗方案

小排量發(fā)動機汽缸頭蓋一般使用一次預緊方法,用這種方法來間接地控制預緊力,由于受螺栓或螺母摩擦力、擰緊工具的制造誤差影響,預緊力離散度很大,高達±40%。當摩擦系數(shù)f過大時,達到規(guī)定擰緊力矩而保證不了最小預緊力,影響發(fā)動機可靠性:當摩擦系數(shù)f過小時,按規(guī)定力矩擰緊,可能超過螺栓的屈服點。

對擰緊精度影響最大的是螺栓與工件之間的摩擦系數(shù),因此我們設計了以下試驗方案:

(1)找出各種涂覆狀態(tài)下摩擦系數(shù)的差異:

(2)無油、涂機油、涂汽油狀態(tài)下扭矩緊固法軸力。

3試驗過程與分析

3.1各種涂覆狀態(tài)下摩擦系數(shù)試驗

由于摩擦系數(shù)的精確測試非常困難,為保持測試數(shù)據(jù)的準確性和權(quán)威性,我們使用德國多功能SCHATZ螺紋扭矩測試儀,可同時檢測扭矩、軸力、摩擦系數(shù)等參數(shù)(圖1、圖2)。