螺栓夹紧力报告Word版.docx

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螺栓夹紧力报告Word版

Summary

Purpose

TheISDeenginelocalcylinderheadcapscrewpreloadwasperformedtovalidatewhetherpreloadcouldmeettherequirementofassemblyspecification（81KN±6KN）.ThisfiledocumentedtheISDeenginelocalcylinderheadcapscrewpreloadmeasurementresult.

目的

为了验证ISDe发动机国产缸盖螺栓拧紧后产生的预紧力是否满足安装规范要求（81KN±6KN），本次试验对ISDe发动机国产缸盖螺栓预紧力进行了测试。

本文件归档ISDe发动机国产缸盖螺栓预紧力测试结果。

Conclusions

1:

Accordingtoassemblyspecification,thethreadbelowthehexflangeofcylinderheadcapscrewonlyshouldbelubricated.Buttheactualconditionwasthatthebottomsurfaceofhexflangewaslubricatedwronglyinthefirstgroup.Thebottomsurfaceofthehexflangewaswhatwascalledbearingsurface.Itleadedthedecreaseoffrictioncoefficient.Sothedataofthefirstonewasunauthentic.

2：

Byanalysingthedataofpreloadwhichdon’tincludethedatafromthefirstone，Cpkofpreloadforthenextfiveengineswere0.95,0.98,2.21,1.87,and1.89.Thedataofthecaseshowthattheenginesassembledthesamelocalcylinderheadcapscrewsmatchinglocalcylindergasketshadbetterprocesscapabilitythantheonesmatchingimportedcylindergaskets.

3：

Becausethelocalcylinderheadcapscrew’sbottomsurfaceofhexflangewaslubricatedinthefirstgroupwhichdidn’tmatchtheassemblyspecification.Sobyanalysingthedataofpreloadwhichdidn’tincludethefirstgroup,theaveragepreloadwas80.475KN，thevariationofpreloadwasbetween75KNand87KN.Thepreloadmettheassembl

yspecification.

结论

1：

根据安装规范,缸盖螺栓应仅润滑六角法兰以下的螺纹区域,但实际情况是，第一组的螺栓六角法兰下端面被错误的润滑了，六角法兰下端面即所谓的承压面，这导致了摩擦系数的降低。

因此第一组的数据是不可信的。

2：

通过对排除第一组份数据的预紧力数据分析，后五台发动机螺栓预紧力Cpk值分别是0.95,0.98,2.21,1.87,1.89。

本例中的数据表明：

装配同一种发动机国产缸盖螺栓配合国产缸垫所表现出的过程控制能力优于配合进口缸垫所表现出的过程控制能力。

3:

因为第一台发动机国产缸盖螺栓的六角法兰下端面得到润滑,这不符合安装规范，因此通过对不包含第一组的预紧力数据分析，预紧力平均值是80.475KN。

预紧力在75KN和87KN之间。

预紧力符合安装规范。

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EndofSummary

1.0试验方法

由于在发动机上无法直接测量缸盖螺栓装配后的预紧力，因此采用超声波法测量缸盖螺栓伸长量，从而间接计算得到缸盖螺栓预紧力。

具体步骤为：

（1）先在试验室对同一批螺栓拧紧过程中的预紧力－伸长量关系进行标定；

（2）对拟装配缸盖螺栓测量螺栓的原始长度；

（3）当缸盖螺栓在发动机上按照规范拧紧后，再测量缸盖螺栓的伸长量；

（4）根据在试验室标定的螺栓预紧力－伸长量关系确定螺栓的当量预紧力。

1.1预紧力－伸长量试验室标定

1.1.1试验条件

1.1.1.1待试螺栓

螺栓零件号：

3927063

螺纹规格：

M12×1.75-6g；杆部长度：

130mm；细杆部直径：

10.83±0.1mm

螺栓材料：

SCM435

螺栓强度等级：

12.9

螺栓表面处理：

磷化处理

螺栓生产厂家：

东风汽车紧固件有限公司

1.1.1.2陪试件条件

陪试件均直接采用缸盖和缸体材料制造。

垫片材料：

HT250

垫片表面粗糙度要求：

Ra3.2

垫片表面处理：

无

垫片内孔直径：

14mm

垫片内孔倒角处直径：

16mm

螺母规格：

M12×1.75－6H

螺母材料：

HT250

螺母表面处理：

无

1.1.1.3试验条件

夹持高度：

112.25mm

拧紧转速：

5r/min

润滑方式：

螺纹部分涂15W40润滑油

试验螺栓、陪试垫片、陪试螺母均只使用一次。

1.1.1.4环境条件

温度：

16℃湿度：

40％RH

1.1.1.5试验机配置及精度

试验机：

Schatz-Analyse螺纹紧固件试验分析系统

试验机规格：

5413－2777

扭矩－转角传感器型号及测量精度：

5413-1200/500-S±0.5%

轴向力－螺纹扭矩传感器型号及测量精度：

5413-1963A/150100kN/150Nm±0.5%

1.2螺栓预紧力－伸长量标定结果

表1缸盖螺栓预紧力－伸长量标定数据

预紧力

KN

伸长量mm

1﹟

2﹟

3﹟

4﹟

5﹟

6﹟

平均植

40

0.2695

0.2678

0.2623

0.2716

0.2630

0.2753

0.2683

50

0.3378

0.3341

0.3347

0.3375

0.3338

0.3428

0.3368

60

0.4066

0.4056

0.4072

0.4068

0.4042

0.4104

0.4068

70

0.4805

0.4807

0.4835

0.4857

0.4796

0.4841

0.4824

80

0.5625

0.5607

0.5685

0.5652

0.5607

0.5629

0.5634

90

0.6826

0.6636

0.6820

0.6871

0.6778

0.6772

0.6784

图1缸盖螺栓预紧力－伸长量标定数据的平均值曲线

1.3预紧力－伸长量标定结果分析

由图1可以看出缸盖螺栓的装配预紧力在80KN以下处于一段线性阶段；对于80-90KN的一段，采用另一段的线性段。

因此对于测得的螺栓伸长量（mm）可以按如下公式计算预紧力（KN）：

Clampforce=1.81+262×ΔL

（ΔL≤0.5636）

=70.8732+（ΔL-0.2636）×9.6540/0.1139

（0.5636＜ΔL≤0.6784）

1.4发动机装配后预紧力测量

2008年3月26日在西区装配现场对6台ISDe四缸机缸盖螺栓装配后的伸长量进行了测量。

6台ISDe四缸机全部是采用的东风汽车紧固件有限公司螺栓。

1.4.1缸盖螺栓装配条件

缸盖总成零件号:

缸体零件号:

进口气缸垫零件号:

国产气缸垫零件号:

拧紧机生产厂家：

拧紧机扭矩控制精度：

±3%

拧紧机角度控制精度：

±1°

螺栓润滑方式：

螺栓拧紧工艺步骤如下：

Step1：

拧紧至70Nm

6Nm

Step2：

松开360°±5°

Step3：

拧紧至105Nm±3Nm

Step4：

再拧紧90±5°

监控力矩:

135Nm－200Nm

装配预紧力：

81KN±6KN

1.4.2缸盖螺栓位置及编号

将每台发动机使用的缸盖螺栓由1到18编号，不同号码的螺栓在发动机上位置如图2所示。

图2缸盖螺栓在发动机上位置及编号

排气管侧

4

3

2

1

5

6

7

8

9

14

13

12

11

10

15

16

17

18

进气管侧

1.4.3六台发动机缸盖螺栓现场伸长量测量数据

在ISDe发动机装配车间对6台四缸发动机缸盖螺栓的原长﹑装配后的伸长量﹑拧紧力矩、松开后的残余伸长量进行测量,测量数据见表2～表4

表2六台发动机缸盖螺栓伸长量测量数据

第一台（进口缸垫）

第二台（进口缸垫）

螺栓编号

原长

mm

伸长量mm

力矩Nm

残余伸长量mm

预紧力KN

原长

mm

伸长量mm

力矩Nm

残余伸长量mm

预紧力KN

1

141.1132

0.6530

164.3

0.0732

87.9234

141.1210

0.5849

178.2

0.0370

82.1514

2

141.0839

0.6421

167.8

0.0613

86.9995

141.1534

0.5946

166.0

0.0387

82.9735

3

141.0704

0.6501

166.1

0.0673

87.6776

141.0548

0.5769

182.0

0.0365

81.4733

4

141.1918

0.6299

169.3

0.0567

85.9655

141.1815

0.5735

177.2

0.0278

81.1851

5

141.1829

0.6104

167.1

0.0468

84.3127

141.1662

0.5395

180.5

0.0162

77.0925

6

141.1889

0.6172

171.3

0.0470

84.8891

141.0675

0.5767

171.5

0.0319

81.4563

7

141.1543

0.6210

172.5

0.0497

85.2111

141.1703

0.5495

178.9

0.0242

78.4425

8

141.1408

0.6304

168.3

0.0527

86.0079

141.0295

0.5637

177.6

0.0292

80.3545

9

141.0561

0.6326

174.9

0.0571

86.1943

141.1213

0.5865

176.5

0.0322

82.2870

10

141.1520

0.6420

169.2

0.0604

86.9911

141.1078

0.5622

180.3

0.0328

80.1570

11

141.0675

0.6362

165.7

0.0593

86.4995

141.1688

0.5653

171.3

0.0266

80.4901

12

141.0889

0.6404

168.5

0.0542

86.8555

141.1557

0.5661

173.1

0.0304

80.5579

13

141.0629

0.6433

166.1

0.0614

87.1013

141.0586

0.5653

174.9

0.0299

80.4901

14

141.1435

0.6219

171.3

0.0627

85.2874

141.1609

0.5436

169.7

0.0229

77.6460

15

141.1495

0.6089

167.9

0.0469

84.1856

141.0752

0.5553

173.1

0.0283

79.2255

16

141.1172

0.6073

170.5

0.0454

84.0499

141.0820

0.5438

170.3

0.0185

77.6730

17

141.1109

0.5552

172.7

0.0116

79.2120

141.5037

0.5674

167.9

0.0254

80.6681

18

141.1043

0.5876

184.6

0.0324

82.3802

141.1105

0.5439

173.4

0.0248

77.6865

平均值

0.6239

169.9

0.0526

85.4302

0.5644

174.6

0.0285

80.1117

标准差

0.0242

4.6

2.1195

0.0162

4.6

1.7715

表3六台发动机缸盖螺栓伸长量测量数据

第三台（进口缸垫）

第四台（国产缸垫）

螺栓编号

原长

mm

伸长量mm

力矩Nm

残余伸长量mm

预紧力KN

原长

mm

伸长量mm

力矩Nm

残余伸长量mm

预紧力KN

1

141.0749

0.5611

177.0

0.0215

80.0085

141.0818

0.5811

177.4

0.0407

81.8293

2

141.2012

0.5657

172.7

0.0193

80.5240

141.0456

0.5823

174.1

0.0354

81.9310

3

141.1046

0.5813

178.1

0.0328

81.8462

141.0378

0.5803

169.3

0.0349

81.7615

4

141.0891

0.5751

175.2

0.0335

81.3207

141.1185

0.5839

169.7

0.0376

82.0666

5

141.0930

0.5556

171.9

0.2420

79.2660

141.0126

0.5658

175.1

0.0331

80.5325

6

141.1323

0.5503

184.2

0.0172

78.5505

141.0810

0.5943

179.7

0.0350

82.9481

7

141.1195

0.5459

182.7

0.0075

77.9565

141.0969

0.5712

177.3

0.0368

80.9902

8

141.1735

0.5653

173.3

0.0248

80.4901

141.0933

0.5749

175.0

0.0331

81.3038

9

141.1088

0.5598

176.9

0.0207

79.8330

141.0785

0.5674

179.5

0.0358

80.6681

10

141.1778

0.5501

172.4

0.0129

78.5235

141.0287

0.5827

175.4

0.0318

81.9649

11

141.0982

0.5426

173.7

0.0131

77.5110

141.0261

0.579

170.9

0.0339

81.6513

12

141.1409

0.5675

165.9

0.0255

80.6766

141.0777

0.5736

173.1

0.0262

81.1936

13

141.0704

0.5702

173.1

0.0247

80.9054

141.1284

0.5828

176.3

0.0344

81.9734

14

141.0765

0.5579

174.7

0.0242

79.5765

141.0842

0.5667

172.9

0.0325

80.6088

15

141.1682

0.5415

176.5

0.0152

77.3625

141.0082

0.5679

171.3

0.0301

80.7105

16

141.1595

0.5658

171.3

0.0239

80.5325

141.0820

0.5611

176.5

0.0321

80.0085

17

141.1383

0.5386

186.6

0.0169

76.9710

141.0223

0.5711

178.1

0.0345

80.9817

18

141.1189

0.5452

168.7

0.0216

77.8620

141.0557

0.5567

180.3

0.0276

79.4145

平均值

0.5578

175.3

0.0211

79.4287

0.5746

175.1

0.0336

81.2521

标准差

0.0123

5.2

1.4843

0.0095

3.4

0.8547

表4六台发动机缸盖螺栓伸长量测量数据

第五台（国产缸垫）

第六台（国产缸垫）

螺栓编号

原长

mm

伸长量mm

力矩Nm

残余伸长量mm

预紧力KN

原长

mm

伸长量mm

力矩Nm

残余伸长量mm

预紧力KN

1

141.1723

0.5892

178.4

0.0314

82.5158

141.1380

0.5765

167.8

0.0364

81.4394

2

141.1228

0.5707

169.4

0.0267

80.9478

141.0337

0.5799

168.4

0.0351

81.7276

3

141.1145

0.5798

176.3

0.0293

81.7191

141.0720

0.5706

181.6

0.0276

80.9393

4

141.1674

0.5752

182.2

0.0297

81.3292

141.0792

0.5837

176.8

0.0366

82.0496

5

141.0990

0.5562

181.3

0.0260

79.3470

141.0402

0.5701

178.9

0.0328

80.8969

6

141.1105

0.5648

178.9

0.0291

80.4477

141.1294

0.5675

175.1

0.0289

80.6766

7

141.0133

0.5762

175.7

0.0301

81.4140

141.0757

0.5681

171.7

0.0285

80.7274

8

141.1519

0.5759

169.7

0.0271

81.3885

141.0768

0.5696

175.6

0.0278

80.8546

9

141.0663

0.5596

180.3

0.0273

79.8060

141.1130

0.5626

174.3

0.0322

80.2110

10

141.1408

0.5545

181.7

0.0193

79.1175

141.0546

0.5539

174.8

0.0231

79.0365

11

141.0089

0.5756

173.1

0.0345

81.3631

141.0110

0.5842

167.1

0.0318

82.0920

12

141.1251

0.5824

172.3

0.0301

81.9395

141.1347

0.5942

163.1

0.0370

82.9396

13

141.1601

0.5678

169.5

0.0305

80.7020

141.1889

0.5618

170.5

0.0193

80.1030

14

141.0060

0.5535

176.1

0.0280

78.9825

141.1141

0.5812

167.7

0.0349

81.8378

15

141.1245

0.5672

169.3

0.0312

80.6511

141.9927

0.5556

172.1

0.0309

79.2660

16

141.0856

0.5701

175.1

0.0242

80.8969

141.1076

0.5711

163.1

0.0314

80.9817

17

141.0464

0.5656

173.7

0.0267

80.5155

141.9804

0.5619

172.3

0.0315

80.1165

18

141.1012

0.5583

173.4

0.0263

79.6305

141.0939

0.5599

170.8

0.0339

79.8465

平均值

0.5690

175.4

0.0282

80.7063

0.5707

171.8

0.0311

80.8746

标准差

0.0101

4.4

1.0035

0.0109

5.0

1.0236

2.0数据处理过程

下文阐述中所列的英文和数字的表达意思如下：

elongation代表伸长量；length代表原长；clampforce代表预紧力；torque代表拧紧力矩；

1，2，3，4，5，6分别代表6台不同发动机；

范例1：

elongation1表示第一台发动机上缸盖螺栓的伸长量。

范例2：

clampforce2表示第二台发动机上缸盖螺栓的预紧力。

凡此种种，依例类推。

2.1分析各台缸盖螺栓数据是否正态分布

理论上同一批次螺栓的相关数据应该服从正态分布，现利用统计分析软件Minitab对以上结果进行分析。

分析数据包括伸长量；原长；预紧力；拧紧力矩。

其中伸长量；原长；拧紧力矩为测量所得；预紧力为根据标定结果计