摘要: 發(fā)動機連桿螺栓的擰緊力矩是發(fā)動機總成裝配的關(guān)鍵力矩，它直接影響到發(fā)動機的性能。我公司自引進(jìn)阿特拉斯(ATLAS)力矩擰緊機后，按著設(shè)計所最初給定的參數(shù)，發(fā)動機在試車中經(jīng)常出現(xiàn)瓦響故障，為解決這一質(zhì)量問題，對連桿螺栓的擰緊進(jìn)行試驗研究，分析認(rèn)為采用的擰緊方法及擰緊工藝參數(shù)不合理，造成預(yù)緊力離散度較大，本文重點論述擰緊工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化。

關(guān)鍵詞: 自動力矩擰緊機;扭矩-轉(zhuǎn)角法;連桿螺栓

一、 DA465Q連桿螺栓情況

連桿總成是發(fā)動機的重要部件，而連桿螺栓緊固力矩是發(fā)動機總成裝配的關(guān)鍵力矩，它的好壞直接影響著發(fā)動機的質(zhì)量。

DA465Q發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速為6000r/min，即單缸連桿每分鐘要承受12000次交變負(fù)荷，圖紙規(guī)定的連桿螺栓力矩為35～40Nm。在如此高頻次的工作條件下，保證連桿擰緊力矩的現(xiàn)實意義是不言而喻的。

DA465Q連桿螺栓的材料為40CrNiMOA屬優(yōu)質(zhì)合金鋼，采用敦制成型，螺紋是在熱處理后滾制，硬度要求為HRC37-42，探傷無裂紋，滿足性能要求，

本文研究的對象就是M7×0.75細(xì)牙螺紋連桿螺栓。

二、發(fā)動機擰緊方式的選擇

過去我公司曾長時間的使用扭矩法(一次擰緊)，而該方法間接地控制預(yù)緊力，由于受螺栓或螺母螺紋面摩擦力、擰緊工具精度以及操作者的影響，預(yù)緊力離散度很大，可高達(dá)±40%。摩擦系數(shù)f大時，達(dá)到規(guī)定擰緊力矩而保證不了最小預(yù)緊力，會影響發(fā)動機的可靠性，發(fā)動機試車時常表現(xiàn)出瓦響;當(dāng)摩擦系數(shù)f過小時，按規(guī)定力矩擰緊時，可能超過螺栓的屈服點，發(fā)生螺栓變形、斷裂、螺紋擼扣、座面凹陷等質(zhì)量問題。所以這種方法的控制精度較差。

利用阿特拉斯(ATLAS)力矩擰緊機采用扭矩-轉(zhuǎn)角法擰緊是否可行，通過下面的分析就可以得出結(jié)論。

如圖2.1所示，圖中的兩條曲線分別為兩個螺栓的扭矩-預(yù)緊力對應(yīng)關(guān)系，其中AB和A'B'的斜率不同，是由于兩螺栓的摩擦系數(shù)不同引起的，假設(shè)螺栓1為正常螺栓，那么螺栓2就是摩擦系數(shù)較大的壞螺栓。

如果只用力矩法擰緊，擰緊力矩為M0，那么好壞螺栓的預(yù)緊力差為(P1-P2)。如果先用力矩法將貼合力矩擰緊至C和C'點，在轉(zhuǎn)過一個轉(zhuǎn)角α，假設(shè)對于好螺栓1來說，擰過轉(zhuǎn)角α后仍到達(dá)D點，對應(yīng)的預(yù)緊力仍為P1，那么螺栓2在轉(zhuǎn)過α角后力矩將達(dá)到M0'，螺栓對應(yīng)的預(yù)緊力將為P2'。很顯然，(P1-P2)> (P1-P2')，也就是說，使用扭矩-轉(zhuǎn)角法是可以在忽略摩擦系數(shù)的影響下較為精確地控制預(yù)緊力的，所以在使用自動力矩擰緊機后采用此法是可行的。

三、扭矩-轉(zhuǎn)角法參數(shù)選擇及優(yōu)化

連桿螺栓的力矩值是由貼緊點力矩和連桿螺母擰過的角度決定的，選擇好這兩個參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化是本節(jié)討論的重點。

3.1參數(shù)選擇的方法

假設(shè)所要達(dá)到的連桿螺栓力矩值為M0，而貼緊點力矩值為M1，擰緊角度為α，由角度產(chǎn)生的力矩系數(shù)為A，則M0是由M1和擰緊角度α兩部分決定的，即M0=M1+Aα。選擇參數(shù)就是如何分配M1和α。由于螺紋和連桿加工質(zhì)量的影響，如果M1設(shè)置較小，當(dāng)力矩擰緊機達(dá)到M1時，螺紋未必真正達(dá)到貼緊點，之后再轉(zhuǎn)過設(shè)置的角度α，這時擰緊力矩顯然達(dá)不到M0，也就是說最終力矩的離散性仍然很大?，F(xiàn)公司所使用的連桿螺栓加工精度不是很高，為了克服由此帶來的影響必須增大貼緊點力矩M1，使在進(jìn)行轉(zhuǎn)角之前螺栓切實達(dá)到貼緊點。由上面M1、M0和α的關(guān)系可知，若M0為一常數(shù)，M1增大，α則需減小，擰緊角度減小，可使螺栓擰緊力矩的離散性減小。

另一方面，由于各結(jié)合面的摩擦系數(shù)不盡相同，因此，各貼緊點便不同，如圖2.1所示，當(dāng)貼緊點力矩較小時(但必須超過A點)，產(chǎn)生的預(yù)緊力偏差△P相對較小，這就又要求在選擇貼緊點時應(yīng)盡可能地選擇較小的貼緊點力矩值，然后，再加上一定的轉(zhuǎn)角。但在實際生產(chǎn)中，應(yīng)平衡好這對矛盾，合理選擇，應(yīng)充分考慮滿足最終擰緊力矩的要求。

綜上所述，所選擇的貼緊點既不能太大，也不能太小，應(yīng)選擇適當(dāng)貼緊點力矩值再加上一定的轉(zhuǎn)角，能夠保證絕大多數(shù)的螺栓在真正貼緊之后再加固定的轉(zhuǎn)角擰緊，確保最終預(yù)緊力滿足要求。

3.2參數(shù)試驗及分析

基于以上的分析，結(jié)合設(shè)計所提供的參數(shù)，在力矩擰緊機上進(jìn)行了如下三組試驗:

1)、M1=17.5Nm α=40 報警力矩下限是25Nm (設(shè)計提供)如圖3.1

2)、M1=17.5Nmα=45° 報警力矩下限是25Nm如圖3.2

3)、M1=20Nmα=37° 報警力矩下限是27Nm如圖3.3

每組參數(shù)采樣240個數(shù)據(jù)，試驗結(jié)果作圖如下:

從圖3.1可以看出:在報警力矩值下限25Nm以下的有3個，報警力矩值45Nm以上的有2個，中值為34-37Nm。從圖3.2中可以看出:在報警力矩值下限25Nm以下的有2個，而報警力矩值45Nm以上的有6個，中值為37-40Nm，與圖3.3相比，中值偏高3Nm，離散度偏大，曲線嚴(yán)重偏態(tài)。

將圖3.3中的情況與上兩種情況相對比。在圖中，在報警力矩值27Nm以下的沒有，按著裝配要求，比以上兩種情況均有所改善，中值為37-40Nm，與圖3.2中的數(shù)值相等，而中值數(shù)量為108個，可以看出力矩值的離散性較前兩種情況都好，并且超過報警力矩45Nm以上的只有1個。

從圖的分析可以看出:

1)、力矩擰緊機的最終輸出的預(yù)緊力是由貼緊點力矩和擰緊轉(zhuǎn)角決定的，貼緊點力矩和擰緊轉(zhuǎn)角的改變可以改變預(yù)緊力的大小和力矩的離散性。

2)、當(dāng)貼緊點的力矩值選擇在17.5Nm時，無論轉(zhuǎn)角是40°，還是45°，均存在低于報警下限值以下的情況，結(jié)果表明，在此力矩下的離散性較大，這是在生產(chǎn)實際中不希望出現(xiàn)的情況。

3)、當(dāng)把貼緊點的力矩值選擇在20Nm時，在加上37°的轉(zhuǎn)角，低于報警下限值的沒有，且離散性較小。

四、總結(jié)

本文以發(fā)動機連桿螺栓的擰緊為例，介紹連桿螺栓自動擰緊機在我公司的應(yīng)用研究。通過對連桿螺栓的擰緊進(jìn)行試驗研究得出結(jié)論:

1、采用扭矩-轉(zhuǎn)角法，連桿螺栓的力矩值是由貼緊點力矩和連桿螺母擰過的角度決定的，即M0=M1+Aα。

2、連桿螺栓擰緊采用扭矩-轉(zhuǎn)角法優(yōu)于扭矩法和二次擰緊法，其最佳的擰緊參數(shù)為20Nm+37°。