一種缸蓋螺栓自動均載方法與流程
2023-12-10 04:58:16
本發明涉及缸蓋技術領域，尤其涉及一種內燃機缸蓋螺栓自動均載方法。
背景技術：
內燃機車缸蓋螺栓是連接內燃機氣缸蓋和機體的關鍵受力構件，其採用高強度螺栓組。該螺栓組在工作過程中承受預緊力、動應力和熱應力的共同作用，並且各個螺栓上的受力是極不均勻的，極易造成個別螺栓超載，引起塑性變形或疲勞破壞或氣缸蓋的變形，是氣缸蓋與機體間的密封性變差，產生漏氣現象，導致內燃機動力下降或一些惡性事故的發生。因此，如何解決缸蓋螺栓組的均載和防止斷裂問題，是目前急需解決的關鍵問題之一。
隨著科學技術的發展，工程結構的建設規模日益大型化和複雜化，對其質量的要求日趨嚴格。NiTi系形狀記憶合金具有穩定的形狀記憶和超彈性功能，同時還具有優良的加工性、強度、耐磨性、耐腐蝕性和生物相容性等性能，在工業自動化、航天航空、醫療衛生、儀器儀表及機械製造等工業領域得到廣泛應用。NiTi系形狀記憶合金可以可製成各種連接緊固件，如管接頭，緊固圈、連接套管和緊固鉚釘等。同時NiTi系形狀記憶合金也是製造驅動器和制動器的優異材料。在醫學上，NiTi合金與不鏽鋼、鈷鉻合金相比，具有更為優良的生物相容性和低生物蛻變性。
CN 102518640 A公開了一種與現有傳統高碳鋼、不鏽鋼等傳統材料彈性墊片相同規格、相同形狀墊片，主要適於電力設備接頭的記憶合金材料彈性墊片，其採用(52％)NiTi合金，其用於有電流流過的電力設備接頭或有溫度變化要求的各種接頭處，因工頻震動產生螺栓鬆動而發熱時彈簧墊片將產生溫度形變力，此力會增加連接處的壓力減少接頭處接觸電阻來抑制發熱，從而節約能源，保障安全。
然而，現有技術多集中於對螺栓本身或螺栓裝配方法的改進，而沒有一種簡單的方法來改善螺栓的均載。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出內燃機缸蓋螺栓自動均載方法，該方法能夠實現自動均在傳力，解決缸蓋螺栓受力不均、超載斷裂問題。
為達此目的，本發明採用以下技術方案：
一種內燃機缸蓋螺栓自動均載方法，其在缸蓋螺栓上安裝NiTi合金墊片，所述合金墊片中Ni:Ti摩爾比為50.8:49.2。
本發明的NiTi合金屬於形狀記憶合金，形狀記憶合金是一類基於熱彈性馬氏體相變而具備形狀記憶效應的金屬材料，這類材料的相變特性除了與溫度的依存關係外，還與應力(或應變)密切相關。在以應變—溫度特性描述合金的記憶特性時，通常還必須將應力作為一個約束條件，也就是說，當應力不同時，它的應變—溫度特性也會產生變化。因此在記憶合金的應用研究中，必須將應力、應變和溫度同步地進行考慮。記憶合金的特性與合金內在的相變過程密切相關，在NiTi合金中除馬氏體相變外，還存在一類R相變，使得合金相變和記憶特性變得更為複雜。
本發明經過眾多配比，發現只有當Ni:Ti摩爾比為50.8:49.2時，本發明的螺栓才能自動均載、傳力。
本發明的特定NiTi合金的選擇，是基於大量實驗與理論推導得出的，其不是通過有限次試驗即可確定的。本發明的NiTi合金無約束狀態下的合金電阻隨溫度的變化可知，該合金在降溫過程中先期形成R相，隨著溫度進一步降低又發生了M相變。在M相變完成後，升溫過程中會出現M→B2(母相)逆向轉變，其相變溫度為:Rs＝318K；Rf＝300K；Ms＝275K；Mf＝260K；As＝315K；Af＝325K。由此可以看出，在降溫過程中發生了兩次相變，B2→R→M，而在升溫時，M直接轉變成B2相，而沒有經歷R相變。其餘NiTi合金由於不具備該相變特性，而不能簡單替代本發明的NiTi合金材料。
本發明曾經嘗試採用52:48的NiTi合金材料製作墊片，但得到的墊片在缸蓋螺栓的使用中，並不能完全均載傳力，達不到本發明的技術要求。
本發明的NiTi合金墊片，對形狀、規格沒有特定要求。其可以與現有傳統高碳鋼、不鏽鋼等傳統材料彈性墊片相同規格、相同形狀墊片。
本發明的缸蓋螺栓自動均載方法，通過採用特別的NiTi合金墊片，實現自動均載傳力，解決缸蓋螺栓受力不均、超載斷裂問題。經實際使用驗證，才用本發明的方法，10000條螺栓都未出現受力不均、超載斷裂的問題。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例1
通過常規製備製備方法，得到(50.8)NiTi合金墊片，將其應用於東風4B內燃機車柴油機缸蓋螺栓上，並跟蹤柴油機臺架試驗的各個工況，測試其螺栓靜動態應力大小。
靜態測試時應變片輸出的信號由YJ-25靜態應變儀接收並記錄，動態測試時應變片輸出的信號由MCC-8A動態應變儀接收，採用MR-30磁帶記錄儀記錄各種信號，並通過CS2092信號分析儀實時分析螺栓組在工作過程中的各種動態信號。
在缸蓋螺栓按規定力矩扭緊後，測試第4缸和第12缸預緊力的大小，測試結果表明，加裝本發明的NiTi合金墊片對缸蓋螺栓的平均預緊力沒有影響，但是缸蓋各螺栓之間的預緊力不均勻程度由普通墊片的14.2降低到3.8。
跟蹤柴油機臺架試驗的各主要工況，分別測試第4缸和第12缸在工作狀態下的螺栓動態應力，其結果可以看出，加載本發明的NiTi合金墊片後，缸蓋螺栓的動應力明顯降低。在功率為2646kW時，其動應力相較於加載普通墊片降低了12，不均勻度由21.9降低到3.6-5.8。
上述試驗證明，加載本發明的NiTi合金墊片後，各螺栓組之間的不均勻度得到調整，動應力明顯降低，因此具有顯著的均載傳力及防治螺栓斷裂的效果。