這是一次對(duì)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓實(shí)測(cè)預(yù)緊力的數(shù)據(jù)分析，目的是找出連桿螺栓在生產(chǎn)線上時(shí)常出現(xiàn)裝配拉長(zhǎng)的原因，并通過可靠性計(jì)算，重新確定了ATLAS擰緊機(jī)的控制扭矩目標(biāo)值。
1.引 言
東風(fēng)汽車公司引進(jìn)美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓的螺紋為M11×1.25，材料性能等級(jí)為12.9級(jí)，要求硬度范圍為HRC38～44，屈服下限為1100N/mm2，抗拉強(qiáng)度下限為1220N/mm2。在裝配線上采用瑞典ATLAS擰緊機(jī)裝配連桿螺栓，采用力矩轉(zhuǎn)角法擰緊，其裝配工藝為擰(60±5)Nm再轉(zhuǎn)(60±5)°，螺栓理論伸長(zhǎng)0.254mm，預(yù)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(zhǎng)現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，個(gè)別甚至發(fā)生頸縮，嚴(yán)重影響了連桿螺栓的裝配質(zhì)量和速度，并直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。經(jīng)檢驗(yàn)分析，現(xiàn)有的裝配工藝實(shí)際施加預(yù)緊力過高是導(dǎo)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(yù)緊力矩的大小。
2.連桿螺栓實(shí)際預(yù)緊力高于理論值的原因
表1為用美國(guó)GSE超聲波伸長(zhǎng)儀在柴油發(fā)電機(jī)組裝配現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的連桿螺栓的預(yù)緊力數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)與前面預(yù)緊力比較，可看出實(shí)測(cè)值大部分超過了理論值。
表1實(shí)測(cè)裝配線上連桿螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)（kN）
|
螺栓號(hào) |
發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào) |
||||
|
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(duì)ATLAS擰緊機(jī)扭矩控制精度進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)所用儀器為美國(guó)GSE2062型力矩傳感器，精度為±1%；美國(guó)GSE229-D型數(shù)字式峰值指示器，精度為±5%。ATLAS擰緊機(jī)控制扭矩目標(biāo)值為60Nm，監(jiān)測(cè)扭矩范圍為(60±5)Nm，對(duì)一組螺栓預(yù)緊扭矩檢測(cè)結(jié)果如表2所示。
|
缸號(hào) |
ATLAS聯(lián)機(jī)打印值 |
GSE229-D實(shí)測(cè)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(cè)得的實(shí)際扭矩的確高于ATLAS聯(lián)機(jī)的打印值，說明ATLAS擰緊系統(tǒng)控制扭矩時(shí)出現(xiàn)系統(tǒng)偏差，因此有必要重新確定其控制扭矩目標(biāo)值，消除系統(tǒng)偏差對(duì)實(shí)際扭矩的影響，使得實(shí)際扭矩符合螺栓強(qiáng)度的要求。
3.連桿螺栓聯(lián)接實(shí)際預(yù)緊力可靠性分析
(1)連桿螺栓實(shí)際預(yù)緊力分布狀態(tài)
以表1測(cè)得的實(shí)際預(yù)緊力數(shù)據(jù)按大小排序列于表3中，并計(jì)算其中位秩F(xi)
(1)
式中，i為次序號(hào)；n為樣本容量。
將表3中的預(yù)緊力xi對(duì)應(yīng)的中位秩依次點(diǎn)到概率紙上，其分布函數(shù)F(xi)呈線性分布，說明實(shí)際預(yù)緊力數(shù)據(jù)是正態(tài)分布。測(cè)得概率為0.5時(shí)，預(yù)緊力為均值μs=69.29kN；概率為0.1587時(shí)，預(yù)緊力值為67.69kN，故其標(biāo)準(zhǔn)差σs=69.29-67.69=1.6kN。
螺栓拉伸應(yīng)力σ與預(yù)緊力F′之間存在如下關(guān)系［1］
(2)
式中，d1為螺栓螺紋小徑。
表3螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)及中非曲直位秩
|
順序號(hào) |
xi |
中位秩 |
順序號(hào) |
xi |
中位秩 |
順序號(hào) |
xi |
中位秩 |
順序號(hào) |
xi |
中位秩 |
|
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(yù)緊扭矩檢測(cè)結(jié)果（Nm）
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