CN113806881A - 缸盖螺栓拧紧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缸盖螺栓拧紧方法，包括：计算螺栓轴向力；根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数；根据所述螺栓轴向力对螺栓强度进行校核；根据缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数计算拧紧缸盖螺栓时的旋转角度和初始力矩。本发明的缸盖螺栓拧紧方法，考虑了被打紧物和汽缸垫的弹性系数，使得计算的螺栓紧固轴力更加精确；同时引入了螺栓强度的校核环节，使计算的螺栓紧固轴力更具有工程应用价值，本发明的拧紧效率可靠、方便，能快速计算螺栓的理论打紧力矩和旋转角度，为后续的试验验证提供依据，避免反复试验。

Description

缸盖螺栓拧紧方法

技术领域

本发明涉及发动机装配技术领域，尤其涉及一种缸盖螺栓拧紧方法。

背景技术

缸盖螺栓是发动机主要的高强度螺栓之一，发挥着连接并紧固缸体、 缸盖的作用，如果缸盖螺栓紧固性能不足，会导致发动机漏气漏水而停止 工作。缸盖螺栓通常采用转角法拧紧，转角法控制的是螺栓头部和螺纹间 的相对角度，不受各部分摩擦系数的影响，可以把轴向力散差控制的较小。

假如被打紧的对象物在里面没有密封好，压缩时弹簧常数一旦发生变 化，轴力的便差就会很大。因此，要使打紧对象物密封好，弹簧常数稳定 才可以有效地减少轴力的偏差。转角法的初始扭矩是根据汽缸垫的压缩特 性决定。如果初始预紧扭矩不足，那么气缸垫的压缩特性就会受到影响。 相反，如果过大，使用转角法的打紧效果就会降低，轴力的便差会变大。 以往的设计中没有考虑被打紧物体的弹性系数。

因此，亟需一种缸盖螺栓拧紧方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种缸盖螺栓拧紧方法，以解决上述现有技术中 的问题，考虑了被打紧物和汽缸垫的弹性系数，能够使计算的螺栓紧固轴力 更加精确。

本发明提供了一种缸盖螺栓拧紧方法，其中，包括：

计算螺栓轴向力；

根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性 系数；

根据所述螺栓轴向力对螺栓强度进行校核；

根据缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数计算拧紧缸盖螺栓时 的旋转角度和初始力矩。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述计算螺栓轴向 力，具体包括：

根据发动机爆发压力，通过以下公式计算螺栓的作用力，

其中，F_e表示螺栓的作用力，P表示发动机爆发压力(Mpa)，D表示 汽缸垫缸孔直径(mm)，n表示单个缸孔的汽缸盖螺栓数量；

根据螺栓的作用力，计算螺栓轴向力，

F_f＝αF_e (2)

其中，F_f表示螺栓轴向力，α表示柴油机汽缸垫密封系数，并且满足 α≥2。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述根据缸盖螺栓 的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数，具体包括：

确定缸盖螺栓的尺寸参数；

根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数；

根据缸盖螺栓的尺寸参数计算被打紧物的弹性系数。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述缸盖螺栓的尺 寸参数包括：螺栓头部光杆长度l₁、螺栓光杆长度l₂、螺栓未啮合螺纹的长 度l₃、螺栓已啮合螺纹的长度l_s、缸盖的弹性模量E_h、缸体的弹性模量E_b、 缸盖螺栓垫片的弹性模量E_w、螺栓垫片外径D_wo、螺栓垫片内径D_wi、缸盖 上螺栓孔外径D_ho、缸盖上螺栓孔内径D_hi、缸体上螺栓孔沉孔内径D_b、垫片 厚度1w、缸盖厚度1h和缸体螺栓沉孔厚度1b。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述根据缸盖螺栓 的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数，具体包括：

根据缸体的弹性模量、螺栓头部光杆长度和螺栓头部光杆部分的截面 积，通过以下公式计算缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，

其中，K₁表示缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性 模量，l₁表示螺栓头部光杆长度，A₁表示螺栓头部光杆部分的截面积；

根据缸体的弹性模量、螺栓光杆长度和螺栓光杆部分的截面积，通过 以下公式计算缸盖螺栓光杆部分的弹性系数，

其中，K₂表示缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性 模量，l₂表示螺栓光杆长度，A₂表示螺栓光杆部分的截面积；

根据缸体的弹性模量、螺栓未啮合螺纹的长度和螺栓螺纹部分的截面 积，通过以下公式计算缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数，

其中，K₃表示缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数，E_b表示缸体的 弹性模量，l₃表示螺栓未啮合螺纹的长度，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积；

根据缸体的弹性模量、螺栓已啮合螺纹的长度和螺栓螺纹部分的截面 积，通过以下公式计算缸盖螺栓啮合部分的弹性系数，

其中，K_s表示缸盖螺栓啮合部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性模量， l_s表示螺栓已啮合螺纹的长度，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积；

根据缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数K₁、缸盖螺栓光杆部分的弹性 系数K₂、缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数K₃和缸盖螺栓啮合部分的 弹性系数K_s，通过以下公式计算缸盖螺栓的弹性系数，

其中，K_b表示缸盖螺栓的弹性系数。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述根据缸盖螺栓 的尺寸参数计算被打紧物的弹性系数，具体包括：

根据缸盖螺栓垫片的弹性模量、垫片厚度、螺栓垫片外径和螺栓垫片 内径，通过以下公式计算缸盖螺栓垫片弹性常数，

其中，K_w表示缸盖螺栓垫片弹性常数，E_w表示缸盖螺栓垫片的弹性模 量，1w表示垫片厚度，D_wo表示螺栓垫片外径，D_wi表示螺栓垫片内径；

根据缸盖的弹性模量、缸盖厚度、缸盖上螺栓孔外径和缸盖上螺栓孔 内径，通过以下公式计算缸盖弹性常数：

其中，K_h表示缸盖弹性常数，E_h表示缸盖的弹性模量，1h表示缸盖厚 度，D_ho表示缸盖上螺栓孔外径，D_hi表示缸盖上螺栓孔内径；

根据缸体的弹性模量、缸体螺栓沉孔厚度、缸盖上螺栓孔外径和缸体 上螺栓孔沉孔内径，通过以下公式计算缸体弹性常数，

其中，K_d表示缸体弹性常数，E_b表示缸体的弹性模量，1b表示缸体螺 栓沉孔厚度，D_ho表示缸盖上螺栓孔外径，D_b表示缸体上螺栓孔沉孔内径，

确定汽缸垫弹性系数K_g为

K_g＝1.33×10⁶kg/mm (11)

其中，汽缸垫弹性系数K_g为常量；

根据缸盖螺栓垫片弹性常数K_w、缸盖弹性常数K_h、缸体弹性常数K_d和 汽缸垫弹性系数K_g，通过以下公式计算打紧物的弹性系数：

其中，K_c表示打紧物的弹性系数。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述根据所述螺栓 轴向力对螺栓强度进行校核，具体包括：

根据螺栓轴向力，通过以下公式计算对螺栓施加的作用力，

F＝F_f+W_b+F_b (13)

其中，F表示对螺栓施加的作用力，F_f表示螺栓轴向力，W_b表示燃烧 压力给螺栓施加的力，F_b表示热负荷力给螺栓施加的力，

通过以下公式计算燃烧压力给螺栓施加的力W_b：

W_b＝F_e×Φ_b (14)

其中，Φ_b表示压力系数，其计算公式为

通过以下公式计算热负荷力给螺栓施加的力F_b：

F_b＝Δ1/(1/K_b+1/K_c) (16)

其中，Δ1表示螺栓与打紧物之间热膨胀引起的位移，Δ1的计算公式为：

Δ1＝{(α_head-α_bolt)×1h×ΔT}×Z (17)

α_head表示缸盖材质的线膨胀系数，α_bolt表示螺栓材质的线膨胀系数，1h 表示缸盖螺栓搭子高度，ΔT表示缸盖与螺栓之间的温差，Z表示温差系数， 取值为1.3；

根据对螺栓施加的作用力，通过以下公式计算对螺栓施加的应力，

σ_b＝F/A_s (18)

其中，σ_b表示对螺栓施加的应力，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积；

根据对螺栓施加的应力与螺栓本身的抗拉强度的大小关系，对螺栓强 度进行校核。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述根据对螺栓施 加的应力与螺栓本身的抗拉强度的大小关系，对螺栓强度进行校核，具体 包括：

在σ_b＝F/A_s＜σ×0.9×0.9时，确定强度校核结果为合格；

在σ_b＝F/A_s≥σ×0.9×0.9时，确定强度校核结果为不合格。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，在强度校核结果不 合格的情况下，所述缸盖螺栓拧紧方法还包括：

返回根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的 弹性系数的步骤，直至强度校核结果合格。

如上所述的缸盖螺栓拧紧方法，其中，优选的是，所述根据缸盖螺栓 的弹性系数和被打紧物的弹性系数计算拧紧缸盖螺栓时的旋转角度和初始 力矩，具体包括：

根据缸盖螺栓的弹性系数、被打紧物的弹性系数、打紧力和螺栓节距， 通过以下公式计算旋转角度；

其中，K_b表示缸盖螺栓的弹性系数，K_c表示打紧物的弹性系数，F_f表 示打紧力，P表示螺栓节距；

以汽缸垫弹性曲线趋于平稳的力矩的55％-65％作为初始力矩。

本发明提供一种缸盖螺栓拧紧方法，考虑了被打紧物和汽缸垫的弹性 系数，使得计算的螺栓紧固轴力更加精确；同时引入了螺栓强度的校核环 节，使计算的螺栓紧固轴力更具有工程应用价值，本发明的拧紧效率可靠、 方便，能快速计算螺栓的理论打紧力矩和旋转角度，为后续的试验验证提 供依据，避免反复试验。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本 发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的缸盖螺栓拧紧方法的实施例的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实 施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限 制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供 这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达 本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述 的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、 数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似 的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其 他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的 绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在 该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在 居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其 它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而 具有居间部件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领 域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在 诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文 中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除 非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨 论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

目前，缸盖螺栓拧紧方法的设计中没有考虑被打紧物体的弹性系数。

转角法角度大小：如果在塑性区域打紧，在塑性区域内，因为旋转角 度和轴力没有倾向性的变化，即使旋转角度有便差，对轴力的影响也很小 对轴力的便差可以控制小。螺栓屈服点的便差会直接造成轴力便差的主要 因素。

现有技术的转角公式

其中f_b是螺栓的弹性伸长 量，可见，现有技术只考虑缸盖螺栓的弹性系数，没有考虑被打紧物的弹 性系数。

现有技术只考虑缸盖螺栓的弹性系数，没有考虑被打紧物和汽缸垫的 弹性系数，如果不能保证被打紧物的弹性常数保持稳定，轴力的偏差就会 很大。计算的转角法拧紧工艺不能够满足螺栓的紧固，存在密封失效的风 险。

如图1所示，本实施例提供的缸盖螺栓拧紧方法在实际执行过程中， 具体包括如下步骤：

步骤S1、计算螺栓轴向力。

在本发明的缸盖螺栓拧紧方法的一种实施方式中，所述步骤S1具体可 以包括：

步骤S11、根据发动机爆发压力，通过以下公式计算螺栓的作用力，

其中，F_e表示螺栓的作用力，P表示发动机爆发压力(Mpa)，D表示 汽缸垫缸孔直径(mm)，n表示单个缸孔的汽缸盖螺栓数量。

步骤S12、根据螺栓的作用力，计算螺栓轴向力，

F_f＝αF_e (2)

其中，F_f表示螺栓轴向力，α表示柴油机汽缸垫密封系数，并且满足 α≥2。

考虑到汽缸垫的密封要求，本发明通过公式(2)计算螺栓轴向力。

步骤S2、根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧 物的弹性系数。

在本发明的缸盖螺栓拧紧方法的一种实施方式中，所述步骤S2具体可 以包括：

步骤S21、确定缸盖螺栓的尺寸参数。

其中，所述缸盖螺栓的尺寸参数包括：螺栓头部光杆长度l₁、螺栓光杆 长度l₂、螺栓未啮合螺纹的长度l₃、螺栓已啮合螺纹的长度l_s、缸盖的弹性 模量E_h、缸体的弹性模量E_b、缸盖螺栓垫片的弹性模量E_w、螺栓垫片外径 D_wo、螺栓垫片内径D_wi、缸盖上螺栓孔外径D_ho、缸盖上螺栓孔内径D_hi、缸 体上螺栓孔沉孔内径D_b、垫片厚度1w、缸盖厚度1h和缸体螺栓沉孔厚度1b。 其中，缸盖的弹性模量E_h、缸体的弹性模量E_b、缸盖螺栓垫片的弹性模量E_w是通过查询各自材料的属性确定的。

步骤S22、根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数。

在本发明的缸盖螺栓拧紧方法的一种实施方式中，所述步骤S22具体 可以包括：

步骤S221、根据缸体的弹性模量、螺栓头部光杆长度和螺栓头部光杆 部分的截面积，通过以下公式计算缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，

其中，K₁表示缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性 模量，l₁表示螺栓头部光杆长度，A₁表示螺栓头部光杆部分的截面积。

步骤S222、根据缸体的弹性模量、螺栓光杆长度和螺栓光杆部分的光杆截 面积，通过以下公式计算缸盖螺栓光杆部分的弹性系数，

其中，K₂表示缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性 模量，l₂表示螺栓光杆长度，A₂表示螺栓光杆部分的截面积。因此，K₁和K₂分别表示缸盖螺栓光杆部分不同直径处的弹性系数。

步骤S223、根据缸体的弹性模量、螺栓未啮合螺纹的长度和螺栓螺纹 部分的截面积，通过以下公式计算缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数，

其中，K₃表示缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数，E_b表示缸体的 弹性模量，l₃表示螺栓未啮合螺纹的长度，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积。

步骤S224、根据缸体的弹性模量、螺栓已啮合螺纹的长度和螺栓螺纹 部分的截面积，通过以下公式计算缸盖螺栓啮合部分的弹性系数，

其中，K_s表示缸盖螺栓啮合部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性模量， l_s表示螺栓已啮合螺纹的长度，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积。

步骤S225、根据缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数K₁、缸盖螺栓光杆 部分的弹性系数K₂、缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数K₃和缸盖螺栓 啮合部分的弹性系数K_s，通过以下公式计算缸盖螺栓的弹性系数，

其中，K_b表示缸盖螺栓的弹性系数。

步骤S23、根据缸盖螺栓的尺寸参数计算被打紧物的弹性系数。

在本发明的缸盖螺栓拧紧方法的一种实施方式中，所述步骤S23具体 可以包括：

步骤S231、根据缸盖螺栓垫片的弹性模量、垫片厚度、螺栓垫片外径 和螺栓垫片内径，通过以下公式计算缸盖螺栓垫片弹性常数，

其中，K_w表示缸盖螺栓垫片弹性常数，E_w表示缸盖螺栓垫片的弹性模 量，1w表示垫片厚度，D_wo表示螺栓垫片外径，D_wi表示螺栓垫片内径。

步骤S232、根据缸盖的弹性模量、缸盖厚度、缸盖上螺栓孔外径和缸 盖上螺栓孔内径，通过以下公式计算缸盖弹性常数：

其中，K_h表示缸盖弹性常数，E_h表示缸盖的弹性模量，1h表示缸盖厚 度，D_ho表示缸盖上螺栓孔外径，D_hi表示缸盖上螺栓孔内径。

步骤S233、根据缸体的弹性模量、缸体螺栓沉孔厚度、缸盖上螺栓孔 外径和缸体上螺栓孔沉孔内径，通过以下公式计算缸体弹性常数，

其中，K_d表示缸体弹性常数，E_b表示缸体的弹性模量，1b表示缸体螺 栓沉孔厚度，D_ho表示缸盖上螺栓孔外径，D_b表示缸体上螺栓孔沉孔内径。

步骤S234、确定汽缸垫弹性系数K_g，根据经验钢垫片的弹性系数为

K_g＝1.33×10⁶kg/mm (11)

其中，汽缸垫弹性系数K_g为常量。

步骤S235、根据缸盖螺栓垫片弹性常数K_w、缸盖弹性常数K_h、缸体弹 性常数K_d和汽缸垫弹性系数K_g，通过以下公式计算打紧物的弹性系数：

其中，K_c表示打紧物的弹性系数。

步骤S3、根据所述螺栓轴向力对螺栓强度进行校核。

在本发明的缸盖螺栓拧紧方法的一种实施方式中，所述步骤S3具体可 以包括：

步骤S31、根据螺栓轴向力，当缸盖螺栓为钢材料，被紧固的缸盖为 铝缸盖时，必然在发动机热负荷下产生相互位移，使缸盖螺栓受到因热负 荷相互位移而产生额外力；在燃烧压力下，缸盖螺栓和被打紧物之间因压 缩弹性常数不同而引起的相互弹性位移，对缸盖螺栓产生额外的力。因此 通过以下公式计算对螺栓施加的作用力，

F＝F_f+W_b+F_b (13)

其中，F表示对螺栓施加的作用力，F_f表示螺栓轴向力，W_b表示燃烧 压力给螺栓施加的力，F_b表示热负荷力给螺栓施加的力。

通过以下公式计算燃烧压力给螺栓施加的力W_b：

W_b＝F_e×Φ_b (14)

其中，Φ_b表示压力系数，其计算公式为

当缸盖为铸铝缸盖时，缸盖和螺栓之间的热负荷差异较大，所以必须 考虑热负荷给螺栓施加的力，通过以下公式计算热负荷力给螺栓施加的力 F_b：

F_b＝Δ1/(1/K_b+1/K_c) (16)

其中，Δ1表示螺栓与打紧物之间热膨胀引起的位移，Δ1的计算公式为：

Δ1＝{(α_head-α_bolt)×1h×ΔT}×Z (17)

α_head表示缸盖材质的线膨胀系数，α_bolt表示螺栓材质的线膨胀系数，1h 表示缸盖螺栓搭子高度，ΔT表示缸盖与螺栓之间的温差，Z表示温差系数， 取值为1.3。

步骤S32、根据对螺栓施加的作用力，通过以下公式计算对螺栓施加 的应力，

σ_b＝F/A_s (18)

其中，σ_b表示对螺栓施加的应力，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积。

步骤S33、根据对螺栓施加的应力与螺栓本身的抗拉强度的大小关系， 对螺栓强度进行校核。

具体而言，在σ_b＝F/A_s＜σ×0.9×0.9时，确定强度校核结果为合格；

在σ_b＝F/A_s≥σ×0.9×0.9时，确定强度校核结果为不合格。

本发明在一些实施方式中，在强度校核结果不合格的情况下，所述缸 盖螺栓拧紧方法还包括：

返回根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的 弹性系数的步骤，直至强度校核结果合格。

在强度校核结果不合格的情况下，重复执行步骤S2和步骤S3，直至 强度校核结果合格后，再执行步骤S4。

步骤S4、根据缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数计算拧紧缸 盖螺栓时的旋转角度和初始力矩。

在本发明的缸盖螺栓拧紧方法的一种实施方式中，所述步骤S4具体可 以包括：

步骤S41、根据缸盖螺栓的弹性系数、被打紧物的弹性系数、打紧力 和螺栓节距，通过以下公式计算旋转角度；

其中，K_b表示缸盖螺栓的弹性系数，K_c表示打紧物的弹性系数，F_f表 示打紧力，P表示螺栓节距。

步骤S42、以汽缸垫弹性曲线趋于平稳的力矩的55％-65％作为初始力 矩。

初始力矩根据汽缸垫的压缩特性曲线确定，根据汽缸垫相当于弹簧， 以汽缸垫弹性趋于平稳的载荷作为缸盖螺栓达到的最小轴向力。在本发明 中，优选地，以汽缸垫弹性曲线趋于平稳的力矩的60％作为初始力矩。

本发明实施例提供的缸盖螺栓拧紧方法，考虑了被打紧物和汽缸垫的 弹性系数，使得计算的螺栓紧固轴力更加精确；同时引入了螺栓强度的校 核环节，使计算的螺栓紧固轴力更具有工程应用价值，本发明的拧紧效率 可靠、方便，能快速计算螺栓的理论打紧力矩和旋转角度，为后续的试验 验证提供依据，避免反复试验。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构 思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述， 完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是 本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限 制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围 和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替 换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，包括：

计算螺栓轴向力；

根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数；

根据所述螺栓轴向力对螺栓强度进行校核；

根据缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数计算拧紧缸盖螺栓时的旋转角度和初始力矩。

2.根据权利要求1所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述计算螺栓轴向力，具体包括：

根据发动机爆发压力，通过以下公式计算螺栓的作用力，

其中，F_e表示螺栓的作用力，P表示发动机爆发压力(Mpa)，D表示汽缸垫缸孔直径(mm)，n表示单个缸孔的汽缸盖螺栓数量；

根据螺栓的作用力，计算螺栓轴向力，

F_f＝αF_e (2)

其中，F_f表示螺栓轴向力，α表示柴油机汽缸垫密封系数，并且满足α≥2。

3.根据权利要求1所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数，具体包括：

确定缸盖螺栓的尺寸参数；

根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数；

根据缸盖螺栓的尺寸参数计算被打紧物的弹性系数。

4.根据权利要求3所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述缸盖螺栓的尺寸参数包括：螺栓头部光杆长度l₁、螺栓光杆长度l₂、螺栓未啮合螺纹的长度l₃、螺栓已啮合螺纹的长度l_s、缸盖的弹性模量E_h、缸体的弹性模量E_b、缸盖螺栓垫片的弹性模量E_w、螺栓垫片外径D_wo、螺栓垫片内径D_wi、缸盖上螺栓孔外径D_ho、缸盖上螺栓孔内径D_hi、缸体上螺栓孔沉孔内径D_b、垫片厚度1w、缸盖厚度1h和缸体螺栓沉孔厚度1b。

5.根据权利要求4所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数，具体包括：

根据缸体的弹性模量、螺栓头部光杆长度和螺栓头部光杆部分的截面积，通过以下公式计算缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，

其中，K₁表示缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性模量，l₁表示螺栓头部光杆长度，A₁表示螺栓头部光杆部分的截面积；

根据缸体的弹性模量、螺栓光杆长度和螺栓光杆部分的截面积，通过以下公式计算缸盖螺栓光杆部分的弹性系数，

其中，K₂表示缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性模量，l₂表示螺栓光杆长度，A₂表示螺栓光杆部分的截面积；

根据缸体的弹性模量、螺栓未啮合螺纹的长度和螺栓螺纹部分的截面积，通过以下公式计算缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数，

其中，K₃表示缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性模量，l₃表示螺栓未啮合螺纹的长度，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积；

根据缸体的弹性模量、螺栓已啮合螺纹的长度和螺栓螺纹部分的截面积，通过以下公式计算缸盖螺栓啮合部分的弹性系数，

其中，K_s表示缸盖螺栓啮合部分的弹性系数，E_b表示缸体的弹性模量，l_s表示螺栓已啮合螺纹的长度，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积；

根据缸盖螺栓头部光杆部分的弹性系数K₁、缸盖螺栓光杆部分的弹性系数K₂、缸盖螺栓非啮合的螺纹部分的弹性系数K₃和缸盖螺栓啮合部分的弹性系数K_s，通过以下公式计算缸盖螺栓的弹性系数，

其中，K_b表示缸盖螺栓的弹性系数。

6.根据权利要求5所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述根据缸盖螺栓的尺寸参数计算被打紧物的弹性系数，具体包括：

根据缸盖螺栓垫片的弹性模量、垫片厚度、螺栓垫片外径和螺栓垫片内径，通过以下公式计算缸盖螺栓垫片弹性常数，

其中，K_w表示缸盖螺栓垫片弹性常数，E_w表示缸盖螺栓垫片的弹性模量，1w表示垫片厚度，D_wo表示螺栓垫片外径，D_wi表示螺栓垫片内径；

根据缸盖的弹性模量、缸盖厚度、缸盖上螺栓孔外径和缸盖上螺栓孔内径，通过以下公式计算缸盖弹性常数：

其中，K_h表示缸盖弹性常数，E_h表示缸盖的弹性模量，1h表示缸盖厚度，D_ho表示缸盖上螺栓孔外径，D_hi表示缸盖上螺栓孔内径；

根据缸体的弹性模量、缸体螺栓沉孔厚度、缸盖上螺栓孔外径和缸体上螺栓孔沉孔内径，通过以下公式计算缸体弹性常数，

其中，K_d表示缸体弹性常数，E_b表示缸体的弹性模量，1b表示缸体螺栓沉孔厚度，D_ho表示缸盖上螺栓孔外径，D_b表示缸体上螺栓孔沉孔内径，

确定汽缸垫弹性系数K_g为

K_g＝1.33×10⁶kg/mm (11)

其中，汽缸垫弹性系数K_g为常量；

根据缸盖螺栓垫片弹性常数K_w、缸盖弹性常数K_h、缸体弹性常数K_d和汽缸垫弹性系数K_g，通过以下公式计算打紧物的弹性系数：

其中，K_c表示打紧物的弹性系数。

7.根据权利要求1所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述根据所述螺栓轴向力对螺栓强度进行校核，具体包括：

根据螺栓轴向力，通过以下公式计算对螺栓施加的作用力，

F＝F_f+W_b+F_b (13)

其中，F表示对螺栓施加的作用力，F_f表示螺栓轴向力，W_b表示燃烧压力给螺栓施加的力，F_b表示热负荷力给螺栓施加的力，

通过以下公式计算燃烧压力给螺栓施加的力W_b：

W_b＝F_e×Φ_b (14)

其中，Φ_b表示压力系数，其计算公式为

通过以下公式计算热负荷力给螺栓施加的力F_b：

F_b＝Δ1/(1/K_b+1/K_c) (16)

其中，Δ1表示螺栓与打紧物之间热膨胀引起的位移，Δ1的计算公式为：

Δ1＝{(α_head-α_bolt)×1h×ΔT}×Z (17)

α_head表示缸盖材质的线膨胀系数，α_bolt表示螺栓材质的线膨胀系数，1h表示缸盖螺栓搭子高度，ΔT表示缸盖与螺栓之间的温差，Z表示温差系数，取值为1.3；

根据对螺栓施加的作用力，通过以下公式计算对螺栓施加的应力，

σ_b＝F/A_s (18)

其中，σ_b表示对螺栓施加的应力，A_s表示螺栓螺纹部分的截面积；

根据对螺栓施加的应力与螺栓本身的抗拉强度的大小关系，对螺栓强度进行校核。

8.根据权利要求7所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述根据对螺栓施加的应力与螺栓本身的抗拉强度的大小关系，对螺栓强度进行校核，具体包括：

在σ_b＝F/A_s＜σ×0.9×0.9时，确定强度校核结果为合格；

在σ_b＝F/A_s≥σ×0.9×0.9时，确定强度校核结果为不合格。

9.根据权利要求8所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，在强度校核结果不合格的情况下，所述缸盖螺栓拧紧方法还包括：

返回根据缸盖螺栓的尺寸参数计算缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数的步骤，直至强度校核结果合格。

10.根据权利要求6所述的缸盖螺栓拧紧方法，其特征在于，所述根据缸盖螺栓的弹性系数和被打紧物的弹性系数计算拧紧缸盖螺栓时的旋转角度和初始力矩，具体包括：

根据缸盖螺栓的弹性系数、被打紧物的弹性系数、打紧力和螺栓节距，通过以下公式计算旋转角度；

其中，K_b表示缸盖螺栓的弹性系数，K_c表示打紧物的弹性系数，F_f表示打紧力，P表示螺栓节距；

以汽缸垫弹性曲线趋于平稳的力矩的55％-65％作为初始力矩。

Images