连杆螺栓力矩分析

一、 现状及目的

目前WD615发动机装配连杆螺栓过程中出现个别螺栓力矩超差。通过计算分析对拧紧力矩范围进行确认，达到节约增效。

二、 数据统计分析、计算

1. 数据统计

现对2011-11-11到2012-1-9期间共8833台发动机105996颗连杆螺栓力矩进行统计分析。

力矩分布范围表

力矩范围/Nm 100以下 100-160 160-200 200-250 250-260 260以上

数量

/个 220 498 41588 63043 566 75

从上表中可以看出，力矩范围主要集中在160-250Nm（技术标准）之间，占98.7%,不合格率约6000PPM；力矩范围250Nm以上的约占0.6%；力矩范围低于160Nm的约占0.7%。

图1

2. 计算

连杆螺栓相关参数：

技术标准：80N m＋150±5°转角，达到160~250Nm

螺栓规格：M14×1.5；强度等级：12.9

危险截面直径φ11±0.1mm

抗拉强度：σb=1230—1370N/mm2；

屈服强度：σs =1107—1233 N/mm2。

图2

如图2所示为螺栓拉伸曲线图。S点为屈服点σs，B点为抗拉强度点σb。连杆螺栓延伸率最小8%，一般大于3%的称为塑性材料，因此力矩在S到B点之间靠近S点较好，如上图所示σs到σb之间。

拧紧力矩通过拧紧机施加，需克服螺纹副螺纹阻力矩及螺母和与被连接件支撑面间的端面摩擦力矩，并使联接产生预紧力F0， 根据汽车行业标准QC/T518-1999—汽车用螺纹紧固件拧紧扭矩规范，理论推导得出以下公式：

T=K F0d×10-3...................... . (1)

F0= σsAs………………………………… (2)

式中：T—拧紧力矩,Nm；F0 —预紧力,N；d—螺纹直径,mm；σs—屈服强度N/mm2 ；As--螺栓危险截面的面积, mm2

As= ………………………… (3)

式中：d2---螺纹中径，mm；d3= d1-H/6,mm ; d1 ---螺纹小径，mm；H=0.866P，mm ; P----螺距，mm .

螺纹紧固件最大拧紧扭矩为：

Mmax=0.17 F0d×10-3………………………… (4)

螺纹紧固件标准拧紧扭矩为：

M=0.142 F0d×10-3………………………… (5)

螺纹紧固件最小拧紧扭矩为：

Mmin=0.114 F0d×10-3………………………… (6)

由于螺栓产品的不一致性，屈服强度范围为1107—1233 N/mm2，当屈服强度取较小值1107 N/mm2时。

结合(1) 、(2) 、(3) 、(4)、 (5) 、(6)公式，当屈服强度取较小值1107 N/mm2时，计算得出：

Mmax=250.253Nm ;

M=209.035Nm ;

Mmin=167.816Nm； 2)2d3 +d2(4π当屈服强度取较大值1233 N/mm2时，

计算得出：

Mmax=278.737Nm；

M=232.827Nm；

Mmin=186.917Nm

从以上理论计算得出应在167.816 Nm--278.737Nm范围之间，与中心标准要求相近。

三、 结论

综述，经理论计算可以得出，拧紧力矩M理论范围应在167.816

Nm--278.737Nm之间，但是结合2011年11月和12月两个月来拧紧力矩数据的统计，最高值为263Nm。因此建议连杆螺栓力矩上限为260Nm，下限160Nm不变，即160Nm-260Nm，此时超出上限值螺栓约占0.07%，约700PPM。