柴油發(fā)電機組連桿螺栓裝配預(yù)緊力矩數(shù)據(jù)分析

　　這是一次對康明斯發(fā)動機連桿螺栓實測預(yù)緊力的數(shù)據(jù)分析，目的是找出連桿螺栓在生產(chǎn)線上時常出現(xiàn)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(fā)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(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現(xiàn)象時常發(fā)生，個別甚至發(fā)生頸縮，嚴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)動機的質(zhì)量。經(jīng)檢驗分析，現(xiàn)有的裝配工藝實際施加預(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.連桿螺栓實際預(yù)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(fā)電機組裝配現(xiàn)場實測的連桿螺栓的預(yù)緊力數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)與前面預(yù)緊力比較，可看出實測值大部分超過了理論值。

表1實測裝配線上連桿螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)（kN）

螺栓號	發(fā)動機號
螺栓號	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(shù)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(jiān)測扭矩范圍為(60±5)Nm，對一組螺栓預(yù)緊扭矩檢測結(jié)果如表2所示。

缸號	ATLAS聯(lián)機打印值		GSE229-D實測扭矩值
缸號	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(lián)機的打印值，說明ATLAS擰緊系統(tǒng)控制扭矩時出現(xiàn)系統(tǒng)偏差，因此有必要重新確定其控制扭矩目標值，消除系統(tǒng)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(lián)接實際預(yù)緊力可靠性分析
　　(1)連桿螺栓實際預(yù)緊力分布狀態(tài)
　　以表1測得的實際預(yù)緊力數(shù)據(jù)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(yù)緊力xi對應(yīng)的中位秩依次點到概率紙上，其分布函數(shù)F(xi)呈線性分布，說明實際預(yù)緊力數(shù)據(jù)是正態(tài)分布。測得概率為0.5時，預(yù)緊力為均值μs=69.29kN；概率為0.1587時，預(yù)緊力值為67.69kN，故其標準差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 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	—	—	—