211175757_曲轴皮带轮联接螺栓的预紧控制策略研究

图1 螺栓断口宏观分析
（1）计算系统联接所需最小预紧力。

式中：F为预紧力，K为可靠系数，
系统总摩擦系数如公式（3）所示。

式中：μ为总摩擦系数，
学术|制造研究
ACADEMIC
【参考文献】作者简介:
林莉莉，本科，工程师，研究方向为软件质量控制。

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由试验结果可知：当
螺栓摩擦系数0.13～0.15
时，按100 N ·m+70°拧紧
后，螺栓轴力静置后衰减比例为2.3%，轴力约110.00 kN，不满足≥113 kN 的要求。

当螺栓摩擦系数0.09～0.10，按100 N ·m+70°拧紧后，螺栓轴力静置后衰减比例为
1.5%，轴力约124.00 kN，满足≥113.00 kN 的要求。

3.2 螺栓预涂胶分析
根据预涂胶对螺栓装配性
能影响的试验研究可知，胶能
表7 螺栓表面处理：达克罗（不涂胶）初始轴力120 kN 下的轴力衰减和振动周期关系表8 螺栓表面处理：达克罗+涂胶初始轴力120 kN 下的轴力衰减和振动周期关系
方式理论分析，确定了预紧力控制范围为113.00～147.00 kN。

试验结果表明，预紧力控制范围有效。

同时，文章还针对曲轴皮带轮连接螺栓的预紧控制措施（摩擦系数和螺栓预涂胶）进行分析，
并分别设计了实物装配试验和横向振动试验进行验证。

试验结果表明，螺栓摩擦系数优化为0.09～0.10，预紧力
满足产品要求，而螺栓预涂胶对螺栓的预紧力影响仅为1%。

后续将进一步研究曲轴链轮两端面采用激光刻蚀形成摩擦纹，增大端面摩擦系数从而降低最小预紧力，提高抗滑移安全系数，以此
获取更准确优化的设计，为后续发动机设计提供方法依据。

序号初始轴
力/kN 周期：200
周期：500
周期：1 000
周期：1 500
周期：2 000
轴力/kN 衰减率轴力/kN 衰减率轴力/kN 衰减率轴力/kN 衰减率轴力/kN 衰减率
1
115.76106.61
7.90%
106.12
8.33%105.488.88%
104.749.52%
102.3011.63%2116.06
106.728.04%106.238.47%
105.658.97%104.919.61%102.14
11.99%
3
116.48
106.63
8.46%
106.08
8.93%
105.46
9.46%104.7410.08%102.87
11.68%4
114.92
106.36
7.45%
105.817.93%
105.258.41%104.349.20%
101.22
11.92%
5
115.16
105.54
8.35%
105.08
8.75%
104.40
9.34%
103.61
10.03%101.76
11.64%
序号初始轴力/kN 周期：200
周期：500
周期：1 000
周期：1 500
周期：2 000
轴力/kN 衰减率轴力/kN 衰减率
轴力/kN 衰减率
轴力/kN 衰减率
轴力/kN 衰减率
1
119.80
108.80
9.18%
107.80
10.01%
106.6910.94%
105.5611.88%
102.75
14.23%
2120.47109.099.44%107.6110.67%106.3511.72%
105.5912.35%
104.5313.23%
3
120.44
110.13
8.55%
109.28
9.27%
108.2810.10%107.3610.86%105.6312.30%4120.00111.197.34%110.348.05%109.40
8.84%
108.56
9.53%
106.84
10.96%
5
120.12108.87
9.36%
108.00
10.08%107.08
10.85%106.02
11.74%103.5913.75%锁固螺纹副，使预紧螺纹的松动扭矩增大，可有效防止螺栓的回转松动。

因此，本文设计螺栓松动横向振动试验，分别验证涂胶和不涂胶时螺栓横向振动加速轴力衰减情况。

3.2.1 横向振动试验
试验目的：通过横向振动试验加速轴力衰减，验证螺栓在不同预紧力下松动（轴力衰减）情况，寻求其衰减规律。

实验方案：按照标准GB/T 10431-2008《紧固件横向振动
试验方法》分别开展螺栓不涂胶和螺栓涂胶固化24 h 的横向振动试验，各5件样品，自由状态下振幅为±1.000 mm，频率为
12.5 Hz，循环周期2 000次。

试验设备：横向振动试验机。

结果输出：螺栓轴力衰减与振动周期的关系。

3.2.2 测试结果与分析
测试结果如表7和表8所示。

由横向振动试验数据可知：螺栓涂胶后预紧力在相同振动周
期下的衰减率比不涂胶螺栓低1%，未有明显提升，仍无法完全避免松动；而螺栓增加涂胶后，如果发生螺栓断裂，则断掉残留在曲轴螺纹孔的部分螺栓无法取出，会造成发动机报废，质量成
本增加。

4 结论
本文针对某型号发动机曲轴皮带轮螺栓连接失效问题，从螺栓
断口分析其失效机理，并通过对系统所需预紧力、螺栓轴力及监控。