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專利名稱：一種測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方法及其專用工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方法，以及在該方法中 用到的專用工具。
背景技術：
發(fā)動機連桿螺栓預緊力是發(fā)動機設計制造中必須嚴格控制的參數(shù)。發(fā) 動機裝配時，按照設計要求和裝配規(guī)范的力矩擰緊連桿螺栓后， 一般情況 下連桿螺栓預緊力可以達到靜強度設計要求。由于在實際裝配過程中，擰 緊力矩不夠、摩擦副之間摩擦系數(shù)的變化等各種因素致使連桿螺栓預緊力 不足，造成連桿螺栓松動，嚴重時甚至會破壞正在工作的發(fā)動機。所以非
常有必要測量發(fā)動機連桿螺栓的預緊力；提前發(fā)現(xiàn)連桿螺栓在擰緊后預緊 力是否達標，減少發(fā)動機異常損壞的數(shù)量。
目前對螺栓進行拉壓試驗時，需要在專業(yè)的試驗機上進行，如國產(chǎn) SDM*A系列電液伺服動靜試驗機以及美國MTS液壓作動器等。這些采用直 接測量連桿螺栓預緊力的試驗設備雖然設計精密，但是費用高昂。
連'桿組由連桿、連桿螺栓和連桿軸瓦組成，其中連桿又由連桿小頭、 桿身、連桿大頭三部分組成。連桿大頭多采用剖開式，被分開的部分稱為 連桿蓋，根據(jù)剖開形式分為直切口連桿和斜切口連桿兩種，本發(fā)明主要針 對直切口連桿。
螺栓預緊力的測試，通常可以在螺栓桿身光桿部位貼應變片方式進行 直接測量螺栓的預緊力。由于連桿組本身的結構特點連捍螺栓光桿部位,與連桿桿身為過盈配合，所以螺栓本身受到一定壓力，在連桿螺栓光桿部
位貼應變，對機加、應變片要求很高，另外測量結果都會受到一定的影響；
如果在連桿螺栓螺紋部位貼上應變片，將破壞螺紋，影響摩擦副的正常工
作。因此，直接測量連桿螺栓預緊力是比較困難的。

發(fā)明內(nèi)容
'本發(fā)明要解決的技術問題是提出 一種測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方 法，這種方法采用間接方式測量連桿螺栓預，力，可以降低試驗設備成本。 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是
由于連桿螺栓有預緊，所以在裝配狀態(tài)下連桿螺栓有預拉伸，連桿大 頭的被緊固部分，包括軸瓦，有預壓縮。它們的預緊力都相等，但作用方 向相反，所以是互相平衡的。根據(jù)這個原理，本發(fā)明采用在連桿蓋兩側分 型面處貼應變片，測量連桿蓋的應變和預緊力，進而得到連桿螺栓的預緊 力。本發(fā)明是測量連桿螺栓預緊力，即連桿螺栓軸力，是指在已知的擰緊 力矩下測試連桿螺栓預緊力的大小。扭矩測，的一個數(shù)據(jù)僅為一個參數(shù)， 須同時得到壓力測得的另一個數(shù)據(jù)作為第二個參數(shù)，只有兩個參數(shù)同時具 備的情況下才能達到測量連桿螺栓預緊力的目的。
由此，本發(fā)明提出的測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方法包括扭矩測試 和壓力測試兩個步驟，其中，
第一步扭矩測試具體包括 'l.l在連桿蓋外側面粘貼應變片，進氣側與排氣側各有應變片一個；
1.2:應變片與外接應變測量設備相連;
1.3:將連桿水平放置在支撐塊上，連桿小頭用螺栓與支撐塊加以定；
1.4:使用扭力扳手按照裝配工藝要求擰緊連桿螺栓螺母，通絲應變 測量，設各讀取連桿蓋在規(guī)定擰緊力矩作用下的應變和^ ; 第二步扭矩測試具體包括 2.1:拆卸上一步扭矩測試中使用的連桿。
2.2:將拆卸的連桿與專用工具連接。專用工具包括傳力部分和支撐部 分，連接后，需要保證傳力部分中的傳力桿、連桿的連桿螺栓、支撐部分 中的支撐桿三者的中心線重合。
2.3:對支撐部分的支撐板施加一個垂直的外壓力。
.2.4:計算總的應變和。
2.5:逐漸增大外壓力，使得連桿蓋的應變和與扭矩法測量的應變和相 等。則連桿蓋所受的外壓力就是連桿螺栓在規(guī)定的裝配工藝所要求的擰緊 力矩作用下的預緊力和。
本發(fā)明第二步驟壓力測試中需要使用一種專門工具。壓力法測量應變 時，連桿大頭蓋的應變值的大小與所受垂直力的大小密切相關，因此對系' 統(tǒng)垂直度要求較高。使用壓力法測試時，要求所施加的外力必須能夠垂直 加'載到連桿蓋的受力面上，即連桿螺栓的螺母與連桿蓋的接觸面。由于連 桿蓋是弧形結構，必須制作特定的工具將外力傳導到連桿蓋上。 該專用工具包括傳力部分和支撐部分，其中，.
所述傳力部分由定位板與傳力桿組成，定位板上有兩個通孔，兩個通 孔之間中心線的距離與兩個連桿螺栓的軸線距離相同，傳力桿過每裝配在 定位板的通孔中，下端高出定位板，傳力桿的上端呈套筒狀，容納連桿螺栓的下端，并且套筒壁厚與連桿螺母的壁厚相同，與螺母配合；
所述支撐部分由支撐板和支撐桿組成，支撐板上有兩個孔，其中心線
距離與兩個連桿螺栓的軸線距離相同，兩個支撐桿上端通過兩個孔與支撐
板固定連接，下端與連桿蓋上的連桿螺栓頂面接觸。 采用本發(fā)明的優(yōu)點是
(1) 測試準確。本方法幾乎未對連桿做任何改動，因此能夠測量連桿 螺栓實標受力狀態(tài)。
(2) 操作簡單。在連桿蓋兩側分型面上貼應變片，難度低，易操作， 引線容易。


圖l是本發(fā)明的扭矩測試系統(tǒng)的結構示意圖。 圖2是本發(fā)明的壓力測試系統(tǒng)的結構示意圖。 圖3是本發(fā)明的壓力測試系統(tǒng)的局部剖面示意圖。 '圖4是本發(fā)明的專用工具的傳力部分結構示意圖。 .具體實施方式
， 采用本發(fā)明的方法對發(fā)動機連桿螺栓預緊力進行測試包括兩個測試過 程第一個過程是扭矩測試；第二個過程是壓力測試。 第一個步驟扭矩測試，如圖1所示，過程包括
第1步在連桿蓋外側面粘貼應變片，進氣側與排氣側各有一個應變 片7。
'第2步應變片7與外接應變測量設備相連。
第3步.將連桿水平放置在支撐塊上3;連桿小頭2用螺栓與支撐塊加以固定。
第4步使用扭力扳手按照裝配工藝要求擰緊連桿螺栓螺母1,通過 應變測量設備讀取連桿蓋在規(guī)定擰緊力矩作用下的應變和^ 。
'S^S。+^:2單位微應變。
其中&,是連桿蓋進氣側的應變，f。是1f氣側的應變。 其中，在第一步中，應變片盡可能靠近分型面，這樣測得的應變數(shù)值 更加準確。
為了測試準確，在測試過程中，連桿水平放置，使用螺栓通過連桿小 頭將連桿桿身固定在某一平面上，連桿大頭蓋部分懸空，以便擰緊連桿螺 栓。
'第二步驟壓力測試，參見圖2和圖3:
第1步拆卸第一步驟扭矩測試中使用的連桿。
第2步將拆卸的連桿與專用工具連接將傳力部分4的傳力桿ll的頂 端14 (即有套筒結構一端)與連桿蓋8相連，底端15頂在一固定端面上。將
支撐部分的支撐桿13與連桿螺栓12的上端相接觸，保證傳力部分的傳力桿 11、連桿螺栓12、支撐桿13三者的中心線重合。
第3步對支撐部分的支撐板6施加一個垂直的外壓力。
第4步計算總的應變和^。 ^ = &3 + &4，其中g。是進氣側的應變，
&4是排氣側的應變； '
第5步逐漸增大外壓力/V至i^，使得連桿蓋的應變和s'e與扭矩法測 量的應變和&相等。此時，連桿蓋所受的外壓力尸t就是連桿螺栓在規(guī)定 的裝配工藝所要求的擰緊力矩M作用下的預緊力和/7'。.壓力法測試的原理是由于金屬材料在靜載荷作用下，如拉伸、壓 縮，其變形處，于彈性變形階段時有一個最重要的宏觀特征是，應力a與應 變s成正比關系，即符合胡克定律a = ￡ 其，中￡彈性模量，是材料的
一個重要常數(shù)。在受力面積一定情況下，即有外壓力&與應變f成正比關 系。必然會有一點，在某一外壓力iV-J^時，使得壓力法測得應變和與扭
矩法測得的應變和相等，即
,那么此時連桿蓋該所受的外壓力i^就是連桿螺栓12在規(guī)定的裝配工 藝所要求的擰緊力矩M作用下的預緊力和i ',即
由于外壓力i^作用在兩個連桿螺栓12上，那么單個連桿螺栓12在 擰緊力矩M作用下的擰緊力F為 一'=丄^
如圖2、圖3和圖4所示，本方式使用的專用工具包括傳力部分和支 撐部分。其中，傳力部分由一塊定位板9與兩個傳力桿11組成。定位板9 上有兩個通孔'10。通過定位板9上的兩個通孔10與傳力桿11過盈配合相 連。兩個通 L 10之間中心線的距離與兩個連桿螺栓12軸線的距離相同， 從而保證兩個傳力桿11軸線的距離與兩個連桿螺栓12軸線的距離一致， 要求兩者中心線距離偏差在0.4皿以內(nèi)。傳力桿11的底端15與走位板 11上的通孔10進行過盈配合，并高出定位板4 6nm，保證外力只作用在 傳力桿11上。傳力桿的下端15頂住一個支撐平面上，傳力桿的上端14 作用在連桿蓋上，從而保證所施加外力完全作用在連桿蓋上。由于連桿螺栓12高于連桿蓋，所以傳力桿的上端14要做成套筒狀，使連桿螺栓12的高出部分落于其中。另外，傳力桿頂端的壁厚應與連桿螺母1的壁厚相同，保證受力面積與螺母一致。
支撐部分包括支撐板6和支撐桿13，支撐板6上有兩個孔，兩個支撐桿1 通過兩個孔與支撐板6固定連接。兩個孔之間中心線的距離與兩個連桿螺栓12軸線的距離相同，從而保證兩個支撐桿13軸線的距離與兩個連桿螺栓12軸線的距離一致，要求兩者中心線距離偏差在0.4 mm以內(nèi)。支撐桿13的上端與孔過盈配合，下端壓在連桿蓋上的連桿螺栓頂面。
采用本專用工具，可以將外力通過支撐桿傳到連桿蓋上，同時測量連桿螺栓以及連桿蓋的預緊力和應力。
權利要求
1.一種測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方法，包括扭矩測試和壓力測試兩個步驟，其中，第一步扭矩測試具體包括(1)在連桿蓋外側面粘貼應變片，進氣側與排氣側各有一個應變片；(2)將應變片與外接應變測量設備相連；(3)將連桿水平放置在支撐塊上，連桿小頭用螺栓與支撐塊加以固定；(4)使用扭力扳手按照裝配工藝要求擰緊連桿的螺栓螺母，通過應變測量設備讀取連桿蓋在規(guī)定擰緊力矩作用下的應變和εC；第二步壓力測試具體包括(1)拆卸下扭矩測試中使用的連桿；(2)將拆卸的連桿與專用工具連接，專用工具包括傳力部分和支撐部分，連接后，需要保證傳力部分中的傳力桿與連桿的螺栓以及支撐部分中的支撐桿三者的中心線重合；(3)對支撐部分的支撐板施加一個垂直的外壓力PX；(4)計算總的應變和ε′Cε′C＝εC3+εC4，其中 id="icf0001" file="A2009101047400002C1.tif" wi="6" he="3" top= "206" left = "87" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>是進氣側的應變，εC4是排氣側的應變；(5)逐漸增大外壓力PX至PL，使得連桿蓋的應變和ε′C與扭矩法測量的應變和εC相等，此時，連桿蓋所受的外壓力PL就是連桿螺栓在規(guī)定的裝配工藝所要求的擰緊力矩M作用下的預緊力和F′，那么單個連桿螺栓在擰緊力矩M作用下的擰緊力F為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><msup> <mi>F</mi> <mo>&prime;</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><msub> <mi>P</mi> <mi>L</mi></msub><mo>.</mo> </mrow>]]></math></maths>
2.按照權利要求1所述的測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方法，萁特征 在于'，在第一步的(1)中，應變片盡可能靠近分型面。
3. 按照權利要求1或2所述的測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方法，其 特征在于，在扭矩測試過程中，連桿水平放置，使用螺栓通過連桿小頭將 連桿桿身固定在某一平面上，連桿大頭蓋部分懸空。
4. 一種用于權利要求1的測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力方法中的專用工 具，其特征在于包括傳力部分和支撐部分，其中，，所述傳力部分由定位板與傳力桿組成，定位板上有兩個通孔，兩個通 孔之'間中心線的距離與兩個連桿螺栓的軸線距離相同，傳力桿過盈裝配在 定位板的通孔中，下端高出定位板，傳力桿的上端呈套筒狀，容納連桿螺 栓的下端，并且套筒壁厚與連桿螺母的壁厚相同，傳力桿的上端壓在連桿 螺母上；所述支撐部分由支撐板和支撐桿組成，支撐板上有兩個孔，其中心線 距離與兩個連桿螺栓的軸線距離相同，兩個支撐桿上端通過兩個孔與支撐 板固定連接，下端與連桿蓋上的連桿螺栓上端面接觸。 '
全文摘要
本發(fā)明提出一種測試發(fā)動機連桿螺栓預緊力的方法和專用工具，所述方法包括扭矩測試和壓力測試兩個步驟，其是采用在連桿蓋兩側分型面處貼應變片，測量連桿蓋的應變和預緊力，進而得到連桿螺栓的預緊力。專用工具包括傳力部分和支撐部分，其是在使用壓力法測試時，將外力傳導到連桿蓋上，采用本發(fā)明方法，幾乎未對連桿做任何改動，因此能夠測量連桿螺栓實際受力狀態(tài)，測試準確，操作簡單。
文檔編號G01L5/00GK101655402SQ200910104740
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權日2009年8月31日
發(fā)明者濤 余, 劉祖國, 吳順洪, 楊金利, 江寶宇, 賈健科 申請人:重慶長安汽車股份有限公司