CN107061044A - 一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构及其装配工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构，包括螺栓、防振套、上曲轴箱和下曲轴箱。所述螺栓上有同防振套相装配的光杆；所述防振套为圆柱形套筒，所述防振套上有通孔、帽檐且帽檐上有便于拆装的帽檐倒角；所述上曲轴箱上有变截面通孔，所述下曲轴箱上有螺纹盲孔。所述防振套安装在上曲轴箱的通孔中，所述上曲轴箱安装在下曲轴箱上并使上曲轴箱的通孔和下曲轴箱的螺纹盲孔对中，所述螺栓穿过防振套和上曲轴箱的通孔，所述螺栓的外螺纹旋入下曲轴箱的螺纹盲孔中，并将防振套与上曲轴箱压紧。该发明能够增强发动机机体缝合结构的抗疲劳性能，保证机体缝合结构的可靠性。

Description

一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构及其装配工艺
技术领域
本发明属于发动机结构设计领域，具体涉及一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构。
背景技术
机体是柴油发动机的骨架，其主要功能是支撑发动机的运动件，并形成水道与油道，保证发动机冷却与润滑的需要。机体还是发动机各种附件安装的主要载体，同时作为发动机机在车体上安装的支座。柴油发动机机体主要由上曲轴箱、下曲轴箱、机体缝合螺栓、主轴瓦、喷油泵传动衬套等零部件组成。
柴油发动机机体主要通过缝合螺栓实现上曲轴箱与下曲轴箱的连接，机体缝合螺栓是发动机的关键零部件。机体缝合螺栓的可靠性不仅直接影响着机体的可靠性，而且还会影响到柴油机的冷却与润滑性能。机体缝合螺栓随发动机在使用过程中一旦发生故障，将导致机体与气缸盖传动端结合面漏油、上下曲轴箱结合面漏油等故障，严重时还会引发其他更大的故障。
由于受柴油发动机机体结构的限制，用于连接发动机上下曲轴箱的机体缝合螺栓通常只能采用细长的高强化螺栓。机体缝合螺栓虽然拉伸强度较大，但是由于发动机在工作过程中会产生振动载荷，当机体缝合螺栓在安装状态下的某一阶振动固有频率等于或接近发动机机体缝合部位的振动激励频率时，机体缝合螺栓便会产生共振，进而引发振动疲劳断裂。
因此，针对柴油机发动机机体的结构特点，通过合理设计机体螺栓缝合结构，有效避免机体缝合螺栓在安装状态下发生由共振导致的振动疲劳断裂，是提高发动机机体结构可靠性的关键。
发明内容
本发明提出一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构，由螺栓、防振套、上曲轴箱和下曲轴箱装配而成。能够显著提高机体缝合结构的振动固有频率，增强发动机机体缝合结构的抗疲劳性能，保证机体缝合结构的可靠性。
本发明的技术方案：
一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构，包括螺栓、防振套、上曲轴箱和下曲轴箱；所述防振套为中心设有通孔的圆柱形套筒，套设在螺栓上部；所述螺栓的一端有用于装配和拆卸时所夹紧的螺帽，所述螺栓的另一端有同下曲轴箱的螺纹盲孔相装配的外螺纹，所述螺栓的螺杆部位有同防振套相装配的光杆，所述光杆同防振套的通孔之间为过渡配合或过盈配合；所述防振套同上曲轴箱的通孔之间为过盈配合或过渡配合，所述防振套的一端设有帽檐，所述帽檐一侧上有便于拆装防振套的帽檐倒角；所述上曲轴箱上有同螺栓和防振套相装配的变截面通孔，所述下曲轴箱上有同螺栓的外螺纹相装配的螺纹盲孔。
进一步的，所述防振套安装在上曲轴箱的通孔中，所述上曲轴箱安装在下曲轴箱上并使上曲轴箱的通孔和下曲轴箱的螺纹盲孔对中，所述螺栓穿过防振套和上曲轴箱的通孔，所述螺栓的外螺纹旋入下曲轴箱的螺纹盲孔中，并将防振套与上曲轴箱压紧。
上述柴油发动机机体抗疲劳缝合结构的装配工艺，包括以下步骤：
a、确定螺栓与防振套、上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的尺寸参数以及螺栓锁紧时的拧紧力矩：根据发动机机体的结构参数和机体螺栓缝合部位的振动激励频率特征，采用有限元仿真分析计算方法确定螺栓在安装状态下的振动固有频率，通过优化螺栓与防振套的结构尺寸和螺栓锁紧时的拧紧力矩，保证螺栓在安装状态下的振动固有频率高于发动机工作时机体螺栓缝合部位的振动激励上限频率，在此基础上，确定螺栓与防振套的结构尺寸，确定上曲轴箱同螺栓和防振套相装配的通孔的尺寸，确定下曲轴箱同螺栓的外螺纹相装配的螺纹盲孔的尺寸，确定螺栓锁紧时的拧紧力矩；
b、螺栓与防振套以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的加工：按照步骤a确定的螺栓与防振套以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的尺寸参数，进行螺栓与防振套的加工，进行上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的加工；
c、防振套与上曲轴箱的装配：将防振套装入上曲轴箱的通孔中；
d、上曲轴箱同下曲轴箱的装配：将上曲轴箱安装在下曲轴箱上，使上曲轴箱的通孔和下曲轴箱的螺纹盲孔对中。
e、螺栓同防振套、下曲轴箱和上曲轴箱的装配：将螺栓穿过防振套的通孔以及上曲轴箱的通孔，用扳手夹住螺栓的螺帽，通过螺纹旋紧将螺栓的外螺纹旋入下曲轴箱的螺纹盲孔中，将防振套与上曲轴箱压紧，并按照步骤a确定的螺栓锁紧时的拧紧力矩对机体螺栓缝合结构进行锁紧。
本发明结构的有益效果是：
通过在螺栓和上曲轴箱之间安装防振套，可以有效避免机体缝合螺栓在发动机工作过程中由于产生共振而引发疲劳断裂，实现发动机机体上曲轴箱和下曲轴箱的可靠缝合。防振套同螺栓和上曲轴箱的装配部位之间采用过盈配合或过渡配合，可以有效地增加机体缝合结构的整体刚度，大幅度提高机体缝合螺栓在安装状态下振动固有频率，防止螺栓在发动机振动载荷的作用下产生共振。防振套的一端有帽檐且帽檐上设有倒角，便于防振套的安装与拆卸。
本发明结构的应用，可以显著提高发动机机体缝合螺栓的抗疲劳性能，充分保证机体缝合结构的可靠性。
附图说明
图1是螺栓结构示意图。
图2是防振套结构示意图。
图3是防振套结构另一示意图。
图4是发动机机体抗疲劳缝合结构示意图。
1螺栓 2防振套 3上曲轴箱 4下曲轴箱 5光杆
6帽檐 7帽檐倒角
具体实施方式
一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构，包括螺栓1、防振套2、上曲轴箱3和下曲轴箱4。所述螺栓1的一端有用于装配和拆卸时所夹紧的螺帽，所述螺栓1的另一端有同下曲轴箱4的螺纹盲孔相装配的外螺纹，所述螺栓1的螺杆部位有同防振套2相装配的光杆5，所述螺栓1的光杆5同防振套2的通孔之间为过渡配合或过盈配合，如图1所示；所述防振套2为圆柱形套筒，所述防振套2上有同螺栓1的光杆5相配合的通孔，所述防振套2同上曲轴箱3的通孔之间为过盈配合或过渡配合，所述防振套2的一端有帽檐6，所述防振套2的一端有帽檐6上有便于拆装防振套2的帽檐倒角7，如图2和图3所示；所述上曲轴箱3上有同螺栓1和防振套2相装配的变截面通孔，所述下曲轴箱4上有同螺栓1的外螺纹相装配的螺纹盲孔；所述防振套2安装在上曲轴箱3的通孔中，所述上曲轴箱3安装在下曲轴箱4上并使上曲轴箱3的通孔和下曲轴箱4的螺纹盲孔对中，所述螺栓1穿过防振套2和上曲轴箱3的通孔，所述螺栓1的外螺纹旋入下曲轴箱4的螺纹盲孔中，并将防振套2与上曲轴箱3压紧，如图4所示。
上述柴油发动机机体抗疲劳缝合结构装配工艺，包括以下步骤：
a、确定螺栓1与防振套2、上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的尺寸参数以及螺栓锁紧时的拧紧力矩：根据发动机机体的结构参数和机体螺栓缝合部位的振动激励频率特征，采用有限元仿真分析计算方法确定螺栓1在安装状态下的振动固有频率，通过优化螺栓1与防振套2的结构尺寸和螺栓1锁紧时的拧紧力矩，保证螺栓1在安装状态下的振动固有频率高于发动机工作时机体螺栓缝合部位的振动激励上限频率，在此基础上，确定螺栓1与防振套2的结构尺寸，确定上曲轴箱3同螺栓1和防振套2相装配的通孔的尺寸，确定下曲轴箱4同螺栓1的外螺纹相装配的螺纹盲孔的尺寸，确定螺栓1锁紧时的拧紧力矩。例如，某发动机工作时机体缝合部位的振动激励最高频率为1050Hz，根据该发动机机体的结构尺寸，在保证螺栓1在安装状态下的振动固有频率高于发动机工作时机体螺栓缝合部位的振动激励上限频率的前提下，通过结构优化，确定的螺栓总长度为234mm，确定的螺栓1同防振套2通孔相配合的光杆5的直径为Ф16mm、长度为60mm，确定的螺栓1同下曲轴箱4相装配的外螺纹的尺寸为M14×1、长度为28mm，确定的防振套2同螺栓1配合的通孔直径为Ф16mm、长度为50mm，确定的防振套2同上曲轴箱3通孔相配合的圆柱直径为Ф24mm、长度为50mm，确定的防振套2的帽檐直径为Ф40mm、高度为5mm，确定的上曲轴箱3同防振套2相装配的通孔直径为Ф24mm、长度为55mm，确定的上曲轴箱3同螺栓1相装配的通孔直径为Ф15mm、长度为145mm，确定的下曲轴箱4螺纹盲孔的尺寸为M14×1、深度为30mm。
b、螺栓1与防振套2以及上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的加工：按照步骤a确定的螺栓1与防振套2以及上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的尺寸参数，进行螺栓1与防振套2的加工，进行上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的加工。
c、防振套2与上曲轴箱3的装配：将防振套2装入上曲轴箱3的通孔中。
d、上曲轴箱3同下曲轴箱4的装配：将上曲轴箱3安装在下曲轴箱4上，使上曲轴箱3的通孔和下曲轴箱4的螺纹盲孔对中。
e、螺栓1同防振套2、下曲轴箱3和上曲轴箱4的装配：将螺栓1穿过防振套2的通孔以及上曲轴箱3的通孔，用扳手夹住螺栓1的螺帽，通过螺纹旋紧将螺栓1的外螺纹旋入下曲轴箱4的螺纹盲孔中，将防振套2与上曲轴箱3压紧，并按照步骤a确定的螺栓1锁紧时的拧紧力矩对机体螺栓缝合结构进行锁紧。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构，其特征在于：包括螺栓、防振套、上曲轴箱和下曲轴箱；所述防振套为中心设有通孔的圆柱形套筒，套设在螺栓上部；
所述螺栓的一端有用于装配和拆卸时所夹紧的螺帽，所述螺栓的另一端有同下曲轴箱的螺纹盲孔相装配的外螺纹，所述螺栓的螺杆部位有同防振套相装配的光杆，所述光杆同防振套的通孔之间为过渡配合或过盈配合；
所述防振套同上曲轴箱的通孔之间为过盈配合或过渡配合，所述防振套的一端设有帽檐，所述帽檐一侧上有便于拆装防振套的帽檐倒角；所述上曲轴箱上有同螺栓和防振套相装配的变截面通孔，所述下曲轴箱上有同螺栓的外螺纹相装配的螺纹盲孔。
2.根据权利要求1所述的一种柴油发动机机体抗疲劳缝合结构，其特征在于：所述防振套安装在上曲轴箱的通孔中，所述上曲轴箱安装在下曲轴箱上并使上曲轴箱的通孔和下曲轴箱的螺纹盲孔对中，所述螺栓穿过防振套和上曲轴箱的通孔，所述螺栓的外螺纹旋入下曲轴箱的螺纹盲孔中，并将防振套与上曲轴箱压紧。
3.根据权利要求1所述的柴油发动机机体抗疲劳缝合结构的装配工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、确定螺栓与防振套、上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的尺寸参数以及螺栓锁紧时的拧紧力矩；
b、螺栓与防振套以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的加工；
c、防振套与上曲轴箱的装配：将防振套装入上曲轴箱的通孔中；
d、上曲轴箱同下曲轴箱的装配；
e、螺栓同防振套、下曲轴箱和上曲轴箱的装配。
4.根据权利要求3所述的装配工艺，其特征在于：在步骤a中，根据发动机机体结构参数和机体螺栓缝合部位的振动激励频率特征，采用有限元仿真分析计算方法确定螺栓在安装状态下的振动固有频率，通过优化螺栓与防振套的结构尺寸和螺栓锁紧时的拧紧力矩，使螺栓在安装状态下的振动固有频率高于发动机工作时机体螺栓缝合部位的振动激励上限频率，再确定螺栓与防振套的结构尺寸，确定上曲轴箱同螺栓和防振套相装配的通孔的尺寸，确定下曲轴箱同螺栓的外螺纹相装配的螺纹盲孔的尺寸，确定螺栓锁紧时的拧紧力矩。
5.根据权利要求3所述的装配工艺，其特征在于：在步骤d中，将上曲轴箱安装在下曲轴箱上，使上曲轴箱的通孔和下曲轴箱的螺纹盲孔对中。
6.根据权利要求3所述的装配工艺，其特征在于：在步骤e中，将螺栓穿过防振套的通孔以及上曲轴箱的通孔，用扳手夹住螺栓的螺帽，通过螺纹旋紧将螺栓的外螺纹旋入下曲轴箱的螺纹盲孔中，将防振套与上曲轴箱压紧，并按照步骤a确定的螺栓锁紧时的拧紧力矩对机体螺栓缝合结构进行锁紧。
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