发动机螺栓拧紧工艺与校验.docx

发动机螺栓拧紧工艺及力矩检验
【摘要】：本文主要介绍了发动机螺栓拧紧工艺中的基本知识，拧紧方法,同时举例说明XG4G22D4发动机缸盖螺栓TA拧紧法的计算，最后简要介绍螺栓拧紧的检测方法。文章对汽车装配生产中的螺栓拧紧有积极意义。
【关键词】：发动机螺栓拧紧TA法拧紧法
0.引言
汽车发动机是由众多零部件通过焊接、铆接、粘接或螺纹联接方式装配而成的机器，其中螺纹联接在生产中所占比重最大。一台发动机大约有300～500个螺栓（钉）组成，30%的螺栓又处于重要地位。往往螺栓本身所具有的价值并不大，但其所联接的产品确是十分关键。随着高速发动机不断出现，螺栓的可靠连接则越显重要。
随着近年来汽车工业的迅速发展，人们对生产效率，产品质量的要求越来越高，对螺栓拧紧工艺也更加重视。本文将对发动机拧紧方法作以分析。
1.有关拧紧的基本知识：
1.1.拧紧过程：
螺栓拧紧初始，螺栓未与工件贴合时用很小的力矩（徒手）就能转动螺栓，此时螺栓对工件没有压紧力，如图1中oa段。当继续转动螺栓时达到配合面时，开始产生压紧力，真正拧紧已经开始（曲线上a点后），压紧力随螺栓转角的增加而增加。由图中可以看出拧紧初始阶段（ab段）曲线是非线性的曲线，呈现波动状态，这是由于螺牙的制造误差以及各个接触面的微观不平度误差引起的。在这段非线性过程之后，，b点之后的曲线呈线性状态，一直到材料的屈服极限为止（c点），此段压紧力与转角成一定比例增加。从c点到d点过程压紧力不再增加。在d点以后再次缓慢增加，直到材料的极限强度e点，此时的压紧力达到最大值。从此点再转动螺栓，则螺栓出现径缩现象，直到断裂。
1.2.力矩与压紧力的关系：
把螺栓拧紧的过程就是通过在螺栓上施加力矩T来产生压紧力F的过程。就传统计算公式而言，其关系如下：
T=k·F…………………………………①
k为扭矩系数，其计算公式为：
k=〔d2·tg(β+ρ`)+（）〕…………..②
β—螺旋升角，其计算公式为：
β=arctg…………………………………………··.③
ρ＇—螺纹当量磨擦角，其公式为：
ρ＇=arctg…………………………………………….④
普通螺纹ρ＇=arctg1.155uS
梯形螺纹ρ＇=arctg1.035uS
矩形螺纹ρ＇=arctguS
uS——螺纹副的静摩擦系数，当材料为钢和铸铁时us=0.1～0.15
d2—螺纹中径
uC——螺母与被联接件支承孔面间的静摩擦系数
dw—被联接件螺纹光孔直径
d0——六角螺母对边宽度或垫片外径
p—螺距
但计算时对于普通螺纹（牙型角α=60°）而言，通常用以下面系数k的经验公式，其计算结果与公式②是一致的:
k=0.161p+0.585d2*μS+0.5*μCDk…·············································⑤
Dk——螺栓头或螺母与被联接件接触面的平均直径
总之，无论采用哪种公式来计算系数k值，最终的k值都需要用实验来修正之，从而找出一个适合的值。
由发上公式可以看出，影响压紧力的两个因素：一个是拧紧力矩，一个是摩擦系数μ。力矩T对磨擦系数的影响是明显的、直接的，这里不做分析，仅仅分析摩擦系数μ对压紧力的影响。由于螺纹接触面、螺母压紧面的物理条件（如轴线的垂直度、粗糙度、润滑条件、材料、拧紧速度）不一致和紧固方式的不准确，使压紧力有一定的分散性。如图2给出了力矩相同情况下，由于摩擦系数μ的不同造成压紧力不同的例子。
力矩T

T0

μ1＜μ2
μ2
μ1

压紧F
F2F1

图2

当力矩同为T0时，但μ1对应的压紧力F1远大于μ2对应的压紧力F2。可见在既使是用相同的力矩拧紧螺栓，但其实际所产生的作用效果（压紧力）却是不同的，且散差较大。
1.3．螺栓拧紧技术的原理及方式：
虽说螺栓拧紧的目的是产生压紧力，尽量发挥螺栓的性能来提高利用率，从而减小所联接结构的尺寸，但是如何才能知道所拧紧的螺栓是否达到了所要求的压紧力值呢？通过实验手段可以实现压紧力的测量，但是在生产中直接进行压紧力的测量是不可能的，也是不现实现的，所以只有通过间接的方法获得，在下面这张表中列出了各项拧紧参数的可测量情况。
测量项目可测性在紧固中在紧回后压紧力不可测可测但费用高力矩可测不可测角位移可测不可测时间可测不可测螺栓伸长量可测但费用高可测但费用高磨擦系数不可测不可测从上表中可以看出实际上可以方便测量的只有扭矩和角位移，所以在汽车中装配生产中多数测量这两个参数，除非在实验室中出于实验目的而测量其它参数。
几种常见的拧紧方式，见下表：
装配方式控制方式说明力矩法用定扭矩扳手拧紧到一定
的力矩后停止缺点是接触面的磨擦系数及材料弹性系数对力矩值影响较大。力矩——转角法(TA法)先将螺母拧紧至一定起始力矩（消除结合面间隙）再将螺栓（