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连杆螺栓的拧紧力矩和装配要求
发布时间:2023-06-08 09:08:05  ▏阅读:

 

技术维修与康明斯知识

检查和安装柴油发电机连杆螺栓的方法

 

摘要:检修连杆螺栓时,维修人员会发现连杆螺栓有的存在很多问题,会有外观问题、公差长度问题、断裂问题、牙螺纹问题,安装时所发现的问题等等。很简单的方法,就是对连杆螺栓进行检验,找出问题的所在从而改成它。那对连杆螺栓检验需要方法,连杆螺栓是连接连杆大端轴承座与轴承盖使之成一体的重要螺栓。连杆螺栓受到装配时的预紧力的作用,四冲程柴油发电机运转时连杆螺栓还受到往复惯性力的作用。连杆螺栓的直径较小,因其受到曲柄销直径和连杆大端外廊尺寸的限制。

 

连杆螺栓示意图-柴油发电机组.png

图1 康明斯连杆零件图

 

一、连杆螺栓技术要求

 

● 是连接连杆大端和连杆盖的承载较高的重要连接螺栓。

工作条件

● 预紧力、往复惯性力的拉伸(四冲程机);

● 附加应力:变形引起

● 尺寸受限

要求

● 韧性好、强度高材料:

● 优质合金钢材料,低速柴油机中才用优质碳钢材料。

结构形式:(柔性结构,提高抗疲劳强度)

● 连杆大端,杆身有两段定位凸肩;

● 高速柴油机机仅一段或无凸肩。 

 

连杆螺栓外观示意图.jpg

图2 连杆螺栓外观示意图

常规连杆螺栓结构示意图.webp.jpg

图3 常规连杆螺栓结构示意图

 

 

二、连杆螺栓的拧紧力矩和计算方法

 

      发动机曲柄连杆机构的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞上的力传给曲轴,以输出功率。连杆在工作时作平面运动,承受活塞销传来的气体作用力以及其本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性变化的。发动机的连杆大头与曲轴连杆轴颈的连接是靠连杆螺栓来实现的,所以连杆螺检所承受的载荷是交变载荷。为了保证连杆大头结合面在工作时不分离,连杆螺栓在装配时应有足够的预紧力(P0)。此力由两个部分组成:一部分为使轴瓦紧贴瓦座所需的预紧力;另一部分为防止连杆和大头盖结合面在工作载荷作用下脱开所需的预紧力。这两部分力对螺栓都造成拉力。

       由此可见,在交变拉伸载荷作用下,如作用在连杆螺栓上的最大拉伸载荷大于连杆螺栓的预紧力(P0),连杆杆身和大头盖接合面就会因不断的分离而相互冲击,造成连杆螺栓的疲劳破坏。同时,该载荷也使轴瓦与轴颈之间的配合时紧时松,产生冲击,造成轴瓦破坏。由以上分析可知,连杆螺栓预紧力不能太小,但也不能太大,否则可能引起连杆螺栓过大的拉伸变形,甚至断裂。为保证联接的可靠性,必须在装配连杆螺栓时对预紧力严加控制,即严格地按照原厂所规定的标准拧紧力矩拧紧;无原厂标准时,可参照表1所示的拧紧力矩拧紧。

 

表1 连杆螺栓拧紧力矩(N.m)

螺栓材料
螺栓直径(mm)
钢号
硬度
6
8
10
12
14
16
18
20
35
45
HB255~285
6~8
18~23
32~42
55~70
90~110
140~170
200~230
280~320
40Cr
HRC33~39
10~12
22~26
46~54
75~95
140~170
160~220
230~280
340~390

连杆螺栓拧紧力矩(M)的近似计算公式为;

M≈f·P0·d

式中,d——连杆螺栓螺纹的外径mm;

F——连杆螺栓与支承座表面间摩擦系数。

(支承座表面不光滑、无润滑油时f0.2,支承座表面光滑、有润滑油时f0.1)。

由公式可知,摩擦系数f对拧紧力矩有很大的影响,为在一定的拧紧力矩下达到需要的预紧力,在装配工作中拧紧螺栓时必须对有关部位的摩擦状况予以考虑。

      摩擦系数f是随条件而变化的,它受螺纹表面及支承座表面粗糙度、表面间有无润滑剂、拧紧速度、拧紧工具、反复拧紧时的温度等不稳定因素的影响。因此,在装配连杆螺栓时,必须对上述诸项不稳定因素进行严格控制,以求达到需要的预紧力。如装配时不注意上述问题就可能发生连杆螺栓松动,甚至断裂,酿成整机破坏的严重事故。

      发动机经多次维修之后,由于多次拆装,连杆大头盖或螺母锁垫支承面会出现严重的损伤,使得拧紧时的摩擦阻力矩成倍增长;特别是当磨损呈凹凸的曲面时,因正压力增大,摩擦力的增加更为显著。连杆螺栓的螺纹也可能出现损伤和变形,使螺栓拧紧时摩擦力增大。按照规定拧紧力矩所拧紧的连杆螺栓可能得不到所需要的预紧力,连杆杆身与大头盖接合面在正常负载下可能松动。

      无论各有关零件的摩擦表面是否已经损伤,在装配时都应涂抹润滑油脂。在拧紧连杆螺栓时,不能用力过猛或突然用力,否则,都会使扭力扳手的读数不准确,容易造成连杆螺栓“过力”现象。

 

二、连杆螺栓的检验 

 

1、检查螺栓的最小直径。对于6BT行柴油发电机连杆螺栓,如直径小于13.72mm,则应予以更换。

2、螺栓或螺母的螺纹已损坏时,应予以报废。

3、螺孔中的导向孔径。如果连杆的导向孔径大于15.88mm,应予以报废。

4、检查装螺栓凸台的圆角。螺栓凸台应有半径为1.14~1.40mm的圆角。修磨圆角最大允许切削量为1.587mm。加工后应去除凸台上所以锐角。


十二角头四螺栓连杆示意图-柴油发电机组.png

图4 十二角头四螺栓连杆示意图

 

 

三、连杆螺栓安装注意事项

 

连杆包括连杆杆体、连杆杆体两端的大头孔和小头孔,在大头孔上的预制裂纹,涨断后大头端盖与连杆杆体的连接螺栓,其涨断后大头端盖与连杆杆体的连接螺栓采用四个十二角头螺栓连接,在大头端盖的两侧,每侧两个十二角头螺栓沿轴向并排排列。由大头孔内壁至小头孔内壁连通一个纵向贯穿连杆杆体的油道孔,在小头孔内壁设贯穿轴向的V型润滑槽。在大头孔的预制裂纹处设激光涨断沟槽。在小头孔内设与小头孔匹配的衬套嵌于小头孔内,V型润滑油槽在衬套上,衬套上有油道孔的出口。为了防止连杆螺栓安装不当引起变形或断裂,安装时应注意以下几点:

1、安装前

认真进行外观检查和清洁,并检验螺栓与螺母的配合情况,应无卡阻和松动现象。

2、预拧紧方法

上紧螺栓的方法和预紧力的大小均应按柴油发电机说明书的规定进行。因为预紧力的过大或过小、各螺栓的预紧力不均匀等均不能保证其工作的可靠性。为保障连杆总成加工后的尺寸精度符合产品要求,必须在连杆总成加工前连杆螺栓处于加力拧紧状态,因此,连杆螺栓的装配拧紧工序也就显得十分重要。

连杆螺栓的装配拧紧工序分为预拧紧和终拧紧两个工步,预拧紧有两个作用

(1)为终拧紧作准备

(2)检验连杆体、盖螺纹孔尺寸是否合格,是否有烂牙,是否有铁屑和异物等现象存在。

预拧紧通常采用气动拧紧枪上力,通过连接在气动拧紧枪上的标准内梅花套筒和连杆螺栓梅花头充分啮合,在气动拧紧枪转动的过程中带动连杆螺栓旋入连杆螺纹孔(气动拧紧枪的力为0.1-0.3MPa),使连杆螺栓法兰面和连杆盖凸台面A贴合,到此预拧紧工作完成。完成预拧紧后,将预拧紧的连杆放入专门的拧紧机中,在规定的定扭力值下进行终拧紧,终拧紧后的连杆螺栓Ⅲ和连杆内螺纹已经充分配合,其法兰面和连杆盖Ⅱ凸台面紧密贴合,此时连杆总成装配完成。

3、检修

检修中不可随意调换连杆螺栓与其原装配孔的关系,因为连杆螺栓与装配孔是过渡配合,需用小锤轻轻敲入螺栓,随意调换将影响配合关系,过紧、过松均影响连杆螺栓的可靠工作。


四、连杆螺栓导致的故障原因

 

1、装配时扭紧力矩过大,用力不均匀。

由于装配中没有严格的配用扭力扳手,具体扭紧力矩又不太了解,认为越紧越好;紧固连杆螺栓用较长的加力杆,扭紧力矩过大,超过了螺栓材料的屈服极限,使连杆螺栓出现屈服变形,使之在冲击载荷的作用下因过度的伸长而断裂。应强调的是,一定要按标准扭紧连杆螺栓,千万不能认为越紧、力量越大越好。

2、柴油发电机的连杆分多种级别,在检修中应注意不能换用不同级别的连杆。

如果在检修中由于马虎不仔细将连杆盖搞乱、错装,会造成连杆大头结合面的配合不紧密,在发动机运行中会造成连杆盖松动而导致连杆螺栓的断裂。

3、柴油发电机在运行中出现飞车故障或活塞在气缸内烧死的故障,将连杆螺栓拉断

如果发动机在使用中出现过飞车的故障,应对发动机做一次全面检查,最好更换连杆螺栓;如果在运行中个别气缸出现过较严重的拉缸,在更换气缸活塞组件时也应将连杆螺栓更换。

4、材质问题、加工缺陷及热处理工艺问题也会导致连杆螺栓在发动机运行中出现断裂。

 

连杆螺栓易断裂部位.png

图5 连杆螺栓易断裂部位

 


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