改善柴油机油底壳螺栓扭矩衰减的工艺研究
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1 拧紧原理
利 用 拧 紧 使 螺 栓 拉 伸 变 形 ，这 种 弹 性 变 形 产 生 了 轴 向 拉 力 ，将 零 件 挤 压 在 了 一 起 ，称 为 夹 紧
作者简介：董西峰（1984—），男，本科，主要从事发动机生产工艺 策划、生产线规划及实施、制造技术研究、产品质量攻关等。
2019 年 第 6 期
表 1 增大扭矩试验结果
生产
WORKSHOP
现场
SOLUTION
改善柴油机油底壳螺栓扭矩衰减的工艺研究
董西峰 王军
（一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂，江苏省无锡市 214026）
摘要：某发动机企业的一款主打柴油机油底壳紧固螺栓多达 26 颗，柴油机运行后，受柴油 机温度升高和高频振动的影响，该处螺栓扭矩衰减情况较为严重，进而导致油底壳和机体结合 面渗油，影响产品质量。本文通过增加扭矩、紧固螺栓涂螺纹胶、螺栓底部增加压板等工艺试 验，寻求改善扭矩衰减情况的方法，以提升柴油机装调质量，提升用户满意度，并为同行提供一 定的经验借鉴。
力。理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可以
保 证 被 夹 零 件 在 振 动 、高 低 温 等 恶 劣 环 境 下 安 全
工作，而不必使用涂胶等辅助方法，但事实上由于
过 程 的 复 杂 性 ，需 要 用 到 不 同 方受力见图 1。为得到拧紧力，需
要 施 加 扭 矩 ，施 加 的 扭 矩 并 不 像 夹 紧 力 那 么 简
关键词：油底壳 扭矩衰减 涂胶 结构优化 中图分类号：U466 文献标识码：B DOI：10.19710/ki.1003-8817.20190008
1 引言
当 前 内 燃 机 行 业 竞 争 越 来 越 激 烈 ，产 品 质 量 成为了赢得市场的重要保障。在发动机装配过程 中 ，多 采 用 螺 栓 对 各 零 件 进 行 连 接 。 在 拧 紧 过 程 中通过对螺栓施加扭矩，使其拉伸，从而产生夹紧 力 [1]，将 工 件 紧 固 连 接 在 一 起 。 对 于 任 何 螺 栓 连 接 ，随 着 时 间 的 推 移 ，都 会 有 一 定 程 度 的 扭 矩 衰 减 。 扭 矩 的 衰 减 控 制 是 拧 紧 控 制 的 关 键 ，如 果 失 效会造成重大的质量问题。本文简述了某发动机 企业的一款主打柴油机油底壳螺栓扭矩的衰减情 况 ，通 过 螺 栓 涂 胶 、增 加 压 板 、优 化 拧 紧 工 具 等 工 艺试验，确定改善紧固螺栓衰减情况的方法，有效 提升产品装调质量。
擦系数、螺纹磨擦系数、支撑面磨擦系数[1]，根据数
据关系，可推断出该 5-4-1 原则），见图 2。
张力
抗张力
夹紧力
A B 剪切力
剪切力 抗张力
张力
图 1 螺栓受力
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 43
生产
WORKSHOP
现场
SOLUTION
螺栓头下摩 擦力 50%
螺纹副中 40%
夹紧力 10%
工艺人员选取 20 台生产样机，在柴油机总装 环节分别按 22 N·m、25 N·m（工艺规定的最大拧 紧力矩，如超过 25 N·m,可能会损伤连接件）进行 扭 矩 控 制 。 生 产 样 机 在 完 成 总 装 安 装 后 ，进 入 热 试台架开展热试试验，试验完成后，工艺人员重新 检测残余拧紧扭矩，数据见表 1。
扭矩
过扭
目标
硬连接
软连接
均值偏差
贴合点
角度
图 3 软、硬连接曲线区别
3 改善扭矩衰减情况的工艺试验
为改善该款柴油机油底壳螺栓扭矩衰减的情 况 ，工 艺 技 术 人 员 根 据 经 验 初 步 考 虑 了 几 种 解 决 方案，A、增加拧紧扭矩，以确定残余力矩和扭矩衰 减状况，从而判断原始拧紧工艺是否制定的合理； B、涂覆不同的螺纹锁固胶，实现螺纹防松；C、在油 底壳安装面增加压板，改变工件连接结构，增大螺 栓 头 与 工 件 的 接 触 面 积 ，并 能 增 加 压 应 力 的 均 匀 性 。 拟 通 过 实 施 这 几 个 工 艺 试 验 ，找 出 最 佳 解 决 方案。 3.1 增大扭矩试验
90% 的 扭 矩 用 于 克 服摩擦力
扭矩
100%
图 2 所述 5—4—1 原则
2 油底壳紧固螺栓力矩衰减问题描述
该柴油机油底壳螺栓共有 26 颗，4 颗分布在齿 轮室，4 颗分布在后油封座，其余 18 颗分布在机体 上 ，采 用 的 是 普 通 镀 锌 组 合 螺 栓 Q1460816F36、 Q1460820F36。总装环节安装油底壳时，扭矩按照 普通 8.8 级螺栓扭矩要求 22±5 N·m 进行控制，拧 紧 顺 序 按 中 间 到 两 边 交 叉 拧 紧 ，符 合 工 艺 要 求 。 而 柴 油 机 经 过 校 车 后 ，冷 态 下 再 次 测 量 油 底 壳 紧 固螺栓的扭矩（采用静态检测法，即对已经拧紧的 螺栓用扭矩扳手沿螺栓的拧紧方向再施加一个逐 渐增大的扭矩，直至螺栓再一次产生拧紧运动，读 出此时的瞬时值（角度越小越好，一般 10°左右）， 螺栓的平均扭矩衰减到了 7.9 N·m，其中最小扭矩 只有 4.3 N·m，扭矩衰减情况较为严重，且市场上 也有相关整车厂家反馈该款柴油机油底壳紧固螺 栓扭矩不足的问题。油底壳螺栓连接是典型的软 连接（软连接即螺栓与工件到达贴合点后，仍需旋 转 2 圈 以 上 以 达 到 目 标 扭 矩 的 连 接 方 式 ，见 图 3 软 、硬 链 接 曲 线 区 别），软 连 接 方 式 一 般 拧 紧 力 矩 的衰减在 20%以上，也正是因为软连接的衰减特 性，导致该款柴油机油底壳螺栓在拧紧完成后，出 现 复 检 扭 矩 偏 低 的 问 题 ，为 油 底 壳 结 合 面 的 漏 油 故障埋下风险。
单 。 扭 矩 公 式 ：扭 矩 (M) = 力 (F) × 力 臂 (L)，在 施 加 的
扭矩中，90%的扭矩被摩擦力消耗，其中螺栓头下
摩擦力占 50%，螺纹副中摩擦力占 40%，只有 10%
的扭矩转化为夹紧力，这就是所谓的 5—4—1 原则
（根据 Kellermann 和 Klein 公式，可以计算出总 摩
利 用 拧 紧 使 螺 栓 拉 伸 变 形 ，这 种 弹 性 变 形 产 生 了 轴 向 拉 力 ，将 零 件 挤 压 在 了 一 起 ，称 为 夹 紧
作者简介：董西峰（1984—），男，本科，主要从事发动机生产工艺 策划、生产线规划及实施、制造技术研究、产品质量攻关等。
2019 年 第 6 期
表 1 增大扭矩试验结果
生产
WORKSHOP
现场
SOLUTION
改善柴油机油底壳螺栓扭矩衰减的工艺研究
董西峰 王军
（一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂，江苏省无锡市 214026）
摘要：某发动机企业的一款主打柴油机油底壳紧固螺栓多达 26 颗，柴油机运行后，受柴油 机温度升高和高频振动的影响，该处螺栓扭矩衰减情况较为严重，进而导致油底壳和机体结合 面渗油，影响产品质量。本文通过增加扭矩、紧固螺栓涂螺纹胶、螺栓底部增加压板等工艺试 验，寻求改善扭矩衰减情况的方法，以提升柴油机装调质量，提升用户满意度，并为同行提供一 定的经验借鉴。
力。理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可以
保 证 被 夹 零 件 在 振 动 、高 低 温 等 恶 劣 环 境 下 安 全
工作，而不必使用涂胶等辅助方法，但事实上由于
过 程 的 复 杂 性 ，需 要 用 到 不 同 方受力见图 1。为得到拧紧力，需
要 施 加 扭 矩 ，施 加 的 扭 矩 并 不 像 夹 紧 力 那 么 简
关键词：油底壳 扭矩衰减 涂胶 结构优化 中图分类号：U466 文献标识码：B DOI：10.19710/ki.1003-8817.20190008
1 引言
当 前 内 燃 机 行 业 竞 争 越 来 越 激 烈 ，产 品 质 量 成为了赢得市场的重要保障。在发动机装配过程 中 ，多 采 用 螺 栓 对 各 零 件 进 行 连 接 。 在 拧 紧 过 程 中通过对螺栓施加扭矩，使其拉伸，从而产生夹紧 力 [1]，将 工 件 紧 固 连 接 在 一 起 。 对 于 任 何 螺 栓 连 接 ，随 着 时 间 的 推 移 ，都 会 有 一 定 程 度 的 扭 矩 衰 减 。 扭 矩 的 衰 减 控 制 是 拧 紧 控 制 的 关 键 ，如 果 失 效会造成重大的质量问题。本文简述了某发动机 企业的一款主打柴油机油底壳螺栓扭矩的衰减情 况 ，通 过 螺 栓 涂 胶 、增 加 压 板 、优 化 拧 紧 工 具 等 工 艺试验，确定改善紧固螺栓衰减情况的方法，有效 提升产品装调质量。
擦系数、螺纹磨擦系数、支撑面磨擦系数[1]，根据数
据关系，可推断出该 5-4-1 原则），见图 2。
张力
抗张力
夹紧力
A B 剪切力
剪切力 抗张力
张力
图 1 螺栓受力
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 43
生产
WORKSHOP
现场
SOLUTION
螺栓头下摩 擦力 50%
螺纹副中 40%
夹紧力 10%
工艺人员选取 20 台生产样机，在柴油机总装 环节分别按 22 N·m、25 N·m（工艺规定的最大拧 紧力矩，如超过 25 N·m,可能会损伤连接件）进行 扭 矩 控 制 。 生 产 样 机 在 完 成 总 装 安 装 后 ，进 入 热 试台架开展热试试验，试验完成后，工艺人员重新 检测残余拧紧扭矩，数据见表 1。
扭矩
过扭
目标
硬连接
软连接
均值偏差
贴合点
角度
图 3 软、硬连接曲线区别
3 改善扭矩衰减情况的工艺试验
为改善该款柴油机油底壳螺栓扭矩衰减的情 况 ，工 艺 技 术 人 员 根 据 经 验 初 步 考 虑 了 几 种 解 决 方案，A、增加拧紧扭矩，以确定残余力矩和扭矩衰 减状况，从而判断原始拧紧工艺是否制定的合理； B、涂覆不同的螺纹锁固胶，实现螺纹防松；C、在油 底壳安装面增加压板，改变工件连接结构，增大螺 栓 头 与 工 件 的 接 触 面 积 ，并 能 增 加 压 应 力 的 均 匀 性 。 拟 通 过 实 施 这 几 个 工 艺 试 验 ，找 出 最 佳 解 决 方案。 3.1 增大扭矩试验
90% 的 扭 矩 用 于 克 服摩擦力
扭矩
100%
图 2 所述 5—4—1 原则
2 油底壳紧固螺栓力矩衰减问题描述
该柴油机油底壳螺栓共有 26 颗，4 颗分布在齿 轮室，4 颗分布在后油封座，其余 18 颗分布在机体 上 ，采 用 的 是 普 通 镀 锌 组 合 螺 栓 Q1460816F36、 Q1460820F36。总装环节安装油底壳时，扭矩按照 普通 8.8 级螺栓扭矩要求 22±5 N·m 进行控制，拧 紧 顺 序 按 中 间 到 两 边 交 叉 拧 紧 ，符 合 工 艺 要 求 。 而 柴 油 机 经 过 校 车 后 ，冷 态 下 再 次 测 量 油 底 壳 紧 固螺栓的扭矩（采用静态检测法，即对已经拧紧的 螺栓用扭矩扳手沿螺栓的拧紧方向再施加一个逐 渐增大的扭矩，直至螺栓再一次产生拧紧运动，读 出此时的瞬时值（角度越小越好，一般 10°左右）， 螺栓的平均扭矩衰减到了 7.9 N·m，其中最小扭矩 只有 4.3 N·m，扭矩衰减情况较为严重，且市场上 也有相关整车厂家反馈该款柴油机油底壳紧固螺 栓扭矩不足的问题。油底壳螺栓连接是典型的软 连接（软连接即螺栓与工件到达贴合点后，仍需旋 转 2 圈 以 上 以 达 到 目 标 扭 矩 的 连 接 方 式 ，见 图 3 软 、硬 链 接 曲 线 区 别），软 连 接 方 式 一 般 拧 紧 力 矩 的衰减在 20%以上，也正是因为软连接的衰减特 性，导致该款柴油机油底壳螺栓在拧紧完成后，出 现 复 检 扭 矩 偏 低 的 问 题 ，为 油 底 壳 结 合 面 的 漏 油 故障埋下风险。
单 。 扭 矩 公 式 ：扭 矩 (M) = 力 (F) × 力 臂 (L)，在 施 加 的
扭矩中，90%的扭矩被摩擦力消耗，其中螺栓头下
摩擦力占 50%，螺纹副中摩擦力占 40%，只有 10%
的扭矩转化为夹紧力，这就是所谓的 5—4—1 原则
（根据 Kellermann 和 Klein 公式，可以计算出总 摩