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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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