CN112149241B - Tvd螺栓选型方法及tvd螺栓的拧紧参数的确定方法 - Google Patents

Tvd螺栓选型方法及tvd螺栓的拧紧参数的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TVD螺栓选型方法及TVD螺栓的拧紧参数的确定方法，包括：预测TVD的最大动态扭矩；基于最大动态扭矩，确定螺栓的当前规格；基于当前规格确定螺栓对应的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力；基于最小螺栓轴向力与最大动态扭矩，获得联接安全系数；基于最大螺栓轴向力，获得接触压力安全系数；判断联接安全系数及接触压力安全系数是否满足预设要求，若满足，确定当前规格为螺栓的目标规格；若不满足，调整当前规格，直至联接安全系数及接触压力安全系数满足预设要求，确定调整后的当前规格为螺栓的目标规格，本申请解决了现有技术中无法定量对TVD螺栓的型号进行校核，以避免螺栓选型不合理导致螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。

Description

TVD螺栓选型方法及TVD螺栓的拧紧参数的确定方法
技术领域
本发明涉及汽车配件的技术领域，尤其涉及一种TVD螺栓选型方法及TVD螺栓的拧紧参数的确定方法。
背景技术
TVD(Torsional Vibration Damper，扭振减震器)，由于能够有效降低汽车发动机曲轴扭振而被广泛使用，TVD螺栓是用于将TVD固定在发动机曲轴的前端面的联接结构。如果TVD螺栓设计选型得不合理，发动机运转过程中易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
现有技术中，TVD螺栓的选型大多依赖于有经验的工程师，无法定量对TVD螺栓进行校核，因此，亟待一种TVD螺栓选型方法，以合理确定TVD螺栓的型号，以避免螺栓选型不合理导致的发动机运转过程中易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
发明内容
本申请实施例通过提供一种TVD螺栓选型方法及TVD螺栓的拧紧工艺的确定方法，解决了现有技术中无法定量对TVD螺栓的型号进行校核，以避免螺栓选型不合理导致的发动机运转过程中易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种TVD螺栓选型方法，包括：预测待安装的扭振减震器TVD的最大动态扭矩；基于所述最大动态扭矩，确定用于装配所述TVD和曲轴的螺栓的当前规格；基于所述当前规格，确定所述螺栓在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率下，对应的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力；基于所述最小螺栓轴向力与所述最大动态扭矩，获得所述TVD和所述曲轴的联接安全系数；基于所述最大螺栓轴向力，获得所述TVD和所述曲轴的接触压力安全系数；判断所述联接安全系数及所述接触压力安全系数是否满足预设要求，若满足，确定所述当前规格为所述螺栓的目标规格；若不满足，调整所述当前规格，直至所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求，并确定调整后的规格为所述螺栓的目标规格。
在一个实施例中，所述预测待安装的TVD扭振减震器的最大动态扭矩，包括：搭建所述TVD的动力学模型，所述动力学模型包括位于内圈的TVD轮毂、位于外圈的TVD惯量环、位于所述TVD轮毂和所述TVD惯量环之间的橡胶件；利用转动惯量测量工具，测量所述TVD轮毂的第一转动惯量和所述TVD惯量环的第二转动惯量；获取所述橡胶件的当前弹性系数和当前阻尼系数；基于所述第一转动惯量、所述第二转动惯量、所述当前弹性系数和所述当前阻尼系数，得到所述TVD轮毂运行在N个转速时，所述TVD惯量环对应的N个角速度值；对所述N个角速度值进行傅里叶变换，得到所述N个转速处于频域时，所述TVD惯量环的N个扭振角幅值；基于所述N个扭振角幅值，得到所述TVD惯量环的扭振角随转速变化的仿真曲线；基于所述仿真曲线和测试台车获得的试验曲线的位置关系，调整所述当前弹性系数和所述当前阻尼系数，直至所述试验曲线和所述仿真曲线吻合时，确定调整后的所述当前弹性系数为所述橡胶件的弹性系数，确定调整后的所述当前阻尼系数为所述橡胶件的阻尼系数；基于所述弹性系数和所述阻尼系数，确定所述TVD在所述N个转速下通过所述橡胶件传递的N个扭矩；基于所述N个扭矩，得到所述TVD的最大动态扭矩，其中，N为正整数。
在一个实施例中，所述当前规格包括：螺栓材料屈服极限、螺栓公称直径、螺距、螺纹中径；所述基于所述当前规格，确定所述螺栓在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率下，对应的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力，包括：基于等式：
Figure GDA0003790905080000031
得到所述螺栓在当前螺纹摩擦系数和当前材料利用率下，对应的螺栓轴向力，其中，FM为所述螺栓轴向力，v为所述当前材料利用率，μG为所述当前螺纹摩擦系数，σS为所述螺栓材料屈服极限，AS为螺栓应力截面积，AS＝0.7854×(d-0.9382×P)2,d为所述螺栓公称直径，P为所述螺距，d2为所述螺纹中径，ds为应力截面对应等效直径，
Figure GDA0003790905080000032
当所述v取最大值且所述μG取最小值时，得到的所述FM为所述最大螺栓轴向力；当所述v取最小值且所述μG取最大值时，得到的所述FM为所述最小螺栓轴向力。
在一个实施例中，所述基于所述最小螺栓轴向力与所述最大动态扭矩，获得所述TVD和所述曲轴的联接安全系数，包括：基于等式T＝μ×Fmin×R，获取所述曲轴的前端面的摩擦力矩；基于等式k＝T/Tdmax，得到所述联接安全系数；其中，T为所述摩擦力矩，μ为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的摩擦系数，Fmin为所述最小螺栓轴向力，R为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的等效半径，
Figure GDA0003790905080000033
r0和r1分别为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的外径和内径，k为所述联接安全系数，Tdmax为所述最大动态扭矩。
在一个实施例中，所述基于所述最大螺栓轴向力，获得所述TVD和所述曲轴的接触压力安全系数，包括：基于等式
Figure GDA0003790905080000034
获得所述接触压力安全系数，其中，kc为所述接触压力安全系数，Fmax为所述最大螺栓轴向力，AC为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的接触面积，σC为所述TVD的材料表面压缩极限。
在一个实施例中，所述判断所述联接安全系数及所述接触压力安全系数是否满足预设要求，包括：判断所述联接安全系数是否大于1.1，且所述接触压力安全系数是否大于1；若大于，确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求；若不大于，确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数不满足所述预设要求。
在一个实施例中，在所述确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求之前，还包括：判断所述联接安全系数是否小于预设上限阈值，若小于，确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求。
另一方面，本申请通过本申请的一实施例，提供如下技术方案：
一种TVD螺栓的拧紧参数的确定方法，应用于上述任一实施例所述的TVD螺栓选型方法确定出的目标螺栓的装配，所述目标螺栓为具有所述目标规格的螺栓，所述方法包括：基于所述目标螺栓的所述最大螺栓轴向力和所述最小螺栓轴向力，确定所述目标螺栓在第一拧紧阶段的拧紧力矩和第一拧紧轴向力；获取所述目标螺栓在第二拧紧阶段的当前设定转角；基于所述当前设定转角及所述第一拧紧轴向力，确定所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的塑性应变；判断所述塑性应变是否小于5％，若小于，确定所述当前设定转角为所述目标螺栓在所述第二拧紧阶段的目标设定转角；若大于，调整所述当前设定转角，直至所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的塑性应变小于5％，确定调整后的所述当前设定转角为所述目标螺栓在所述第二拧紧阶段的目标设定转角。
在一个实施例中，所述基于所述目标螺栓的所述最大螺栓轴向力和所述最小螺栓轴向力，确定所述目标螺栓在第一拧紧阶段的拧紧力矩和第一拧紧轴向力，包括：基于等式T1＝F1×(0.16×P+0.58×d2×μG+0.5×Dkm×μK)，确定所述拧紧力矩；基于等式F1＝a×Fa，获得所述第一拧紧轴向力；其中，T1为所述拧紧力矩，Fa＝0.5×(Fmin+Fmax)，Dkm＝0.5×(DW+DI)，Fmin为所述最小螺栓轴向力，Fmax为所述最大螺栓轴向力，F1为所述第一拧紧轴向力，P为所述目标螺栓的螺距，d2为所述目标螺栓的螺纹中径，DW为所述目标螺栓的头部与所述TVD的摩擦接触面的外径，DI为所述目标螺栓的头部与所述TVD的摩擦接触面的内径，μG为所述目标螺栓的螺纹摩擦系数，μK为所述目标螺栓的头部与所述TVD之间的摩擦系数，F1为所述第一拧紧轴向力，a为0.3～0.5。
在一个实施例中，所述基于所述当前设定转角及所述第一拧紧轴向力，确定所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的塑性应变，包括：基于所述当前设定转角，确定所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的伸长量；基于所述伸长量，获得所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的第二拧紧轴向力；基于所述第一拧紧轴向力、所述第二拧紧轴向力和所述伸长量，获得所述目标螺栓的塑性变形量；基于所述塑性变形量，获得所述塑性应变。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请中，首先，通过预测待安装的TVD所能承载的最大动态扭矩，进而确定出螺栓装配在TVD和曲轴之间进行工作时，实际能够传递的最大扭矩载荷。然后进行螺栓的选型，在选型过程中，先确定出一个当前规格，接着计算在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率的影响下，具有该当前规格的螺栓被拧紧后所能够产生的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力，然后基于最小螺栓轴向力与最大动态扭矩，获得联接安全系数，该安全系数能够表征具有当前规格的螺栓允许的最大扭矩载荷和实际的最大扭矩载荷之间的安全余量，以及基于最大螺栓轴向力获得的接触压力安全系数，该安全系数能够表征具有当前规格的螺栓允许的最大螺栓轴向力与材料所能承受的面压力之间的安全余量，当这两个安全余量均满足预设要求时，则表示有足够的安全余量，具有当前规格的螺栓用于装配待安装的TVD和曲轴的安全性能较高，螺栓在工作过程中将非常可靠；若不满足，则表示具有当前规格的螺栓用于装配待安装的TVD和曲轴的超负荷，需要在当前规格的基础上进行调整，直至联接安全系数及接触压力安全系数满足预设要求，则确定调整后的当前规格为螺栓的目标规格，因此，本申请解决了现有技术中无法定量对TVD螺栓的型号进行校核，以避免螺栓选型不合理导致的发动机运转过程中易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为TVD与曲轴的装配示意图；
图2为本申请实施例一提供的TVD螺栓选型方法的流程图；
图3为本申请实施例一提供的预测最大动态扭矩的流程图；
图4为本申请实施例一提供的TVD的动力学模型的示意图；
图5为本申请实施例一提供的获取TVD惯量环对应的N个角速度值的流程图；
图6为本申请实施例一提供的四阶次的扭振角随转速变化的仿真曲线和试验曲线的对照图：
图7为本申请实施例一提供的八阶次的扭振角随转速变化的仿真曲线和试验曲线的对照图：
图8为本申请实施例二提供的TVD螺栓的拧紧工艺的确定方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种TVD螺栓选型方法及TVD螺栓的拧紧工艺的确定方法，解决了现有技术中无法定量对TVD螺栓的型号进行校核，以避免螺栓选型不合理导致的发动机运转过程中易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请中，首先，通过预测待安装的TVD所能承载的最大动态扭矩，进而确定出螺栓装配在TVD和曲轴之间进行工作时，实际能够传递的最大扭矩载荷。然后进行螺栓的选型，在选型过程中，先确定出一个当前规格，接着计算在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率的影响下，具有该当前规格的螺栓被拧紧后所能够产生的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力，然后基于最小螺栓轴向力与最大动态扭矩，获得联接安全系数，该安全系数能够表征具有当前规格的螺栓允许的最大扭矩载荷和实际的最大扭矩载荷之间的安全余量，以及基于最大螺栓轴向力获得的接触压力安全系数，该安全系数能够表征具有当前规格的螺栓允许的最大螺栓轴向力与材料所能承受的面压力之间的安全余量，当这两个安全余量均满足预设要求时，则表示有足够的安全余量，具有当前规格的螺栓用于装配待安装的TVD和曲轴的安全性能较高，螺栓在工作过程中将非常可靠；若不满足，则表示具有当前规格的螺栓用于装配待安装的TVD和曲轴的超负荷，需要在当前规格的基础上进行调整，直至联接安全系数及接触压力安全系数满足预设要求，则确定调整后的当前规格为螺栓的目标规格，因此，本申请解决了现有技术中无法定量对TVD螺栓的型号进行校核，以避免螺栓选型不合理导致的发动机运转过程中易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，如图1所示，该图具体展示了TVD的具体结构及和曲轴的匹配关系，其中，TVD3包括：TVD轮毂31、TVD惯量环33、位于TVD轮毂31和TVD惯量环33之间的橡胶件32，TVD3被螺栓1锁紧在曲轴2的前端，曲轴2转动过程中产生的振动振幅，通过TVD轮毂31及TVD惯量环33之间产生阻尼力矩或反力矩，从而降低曲轴2扭转产生的振动振幅。
接着，如图2所示，本申请通过实施例一提供了一种TVD3螺栓选型方法，该方法包括步骤S101～步骤S106，具体如下：
步骤S101：预测待安装的扭振减震器TVD3的最大动态扭矩Tdmax。
作为一种可选的实施例，如图3所示，步骤S101包括步骤A～步骤I，下面分别对步骤A至步骤I进行详述，具体如下：
步骤A：搭建TVD3的动力学模型，如图4所示，动力学模型包括位于内圈的TVD轮毂31、位于外圈的TVD惯量环33、位于TVD轮毂31和TVD惯量环33的橡胶件32。
具体的，TVD3的动力学模型可以在GT-Crank、AVL-EXCITE Designer等动力学软件上进行搭建。
步骤B：利用转动惯量测量工具，测量TVD轮毂31的第一转动惯量JHub和TVD惯量环33的第二转动惯量JRing。
具体实施过程中，转动惯量测量工具可以为CATIA、SolidWorks等CAD软件。
步骤C：获取橡胶件32的当前弹性系数K和当前阻尼系数C。
当前弹性系数K和当前阻尼系数C的获取方式可以根据经验设定，也可由橡胶件供应商提供，此处不具体限制其获取方式。
步骤D：基于第一转动惯量JHub、第二转动惯量JRing、当前弹性系数K和当前阻尼系数C，得到TVD轮毂31运行在N个转速时，TVD惯量环33对应的N个角速度值。
具体实施过程中，如图5所示，上述步骤D具体包括步骤D1-D3。
步骤D1：针对于N个转速中的任一个转速，获取该转速下TVD轮毂31的角速度
Figure GDA0003790905080000081
角速度
Figure GDA0003790905080000082
对时间微分，获得TVD轮毂31的角加速度
Figure GDA0003790905080000083
角速度
Figure GDA00037909050800000815
对时间积分，获得TVD轮毂31的扭转角
Figure GDA0003790905080000085
至此，获得该转速下TVD轮毂31的扭转角
Figure GDA0003790905080000086
角速度
Figure GDA0003790905080000087
角加速度
Figure GDA0003790905080000088
步骤D2：将扭转角
Figure GDA0003790905080000089
角速度
Figure GDA00037909050800000810
角加速度
Figure GDA00037909050800000811
代入如下等式(1)，可以得到该转速下TVD惯量环33的扭转角
Figure GDA00037909050800000812
角速度
Figure GDA00037909050800000813
角加速度
Figure GDA00037909050800000814
Figure GDA0003790905080000091
步骤D3：针对于N个转速中的每一个转速，重复步骤D1至步骤D2，从而能够得到TVD轮毂31运行在N个转速时，TVD惯量环33对应的N个角速度
Figure GDA0003790905080000092
需要说明的是，N个转速彼此互异，根据需要进行设置，作为一个示例，N个转速中数值上相邻的两个转速的差值为200Rpm。上述步骤D1步骤D3涉及到的运算均可通过搭建算法模型进行自动计算，只需操作人员输出必要的参数，例如：转速、相邻的两个转速的差值、所选定的转速的个数等。
步骤E：对N个角速度
Figure GDA0003790905080000093
进行傅里叶变换，得到N个转速处于频域时，TVD惯量环33的N个扭振角幅值。
步骤F：基于N个扭振角幅值，得到TVD惯量环33的扭振角随转速变化的仿真曲线。
具体实施过程中，将N个转速下某阶次对应的扭振角幅值绘制到同一张图中，可得到该阶次的扭振角随转速变化的仿真曲线，进一步地，考虑到主阶次占扭振角的主要成分，为节约计算时间和计算资源，只需获取主阶次的扭振角随转速变化的仿真曲线。
作为一个示例，图6示意了四阶次的扭振角随转速变化的仿真曲线，图7示意了八阶次的扭振角随转速变化的仿真曲线。
步骤G：基于仿真曲线和测试台车获得的试验曲线的位置关系，调整当前弹性系数K和当前阻尼系数C，直至试验曲线和仿真曲线吻合时，确定调整后的当前弹性系数K为橡胶件32的弹性系数，确定调整后的当前阻尼系数C为橡胶件32的阻尼系数。
具体实施过程中，利用台车对待安装的TVD3进行试验，可得到N个转速下TVD惯量环33对应的N个实际角速度值，分别对其进行傅里叶变换，得到N个转速处于频域时，TVD惯量环33的N个实际扭振角幅值，将某阶次对应的扭振角幅值绘制到上述同一阶次的图中，进一步地，考虑到主阶次占扭振角的主要成分，为节约计算时间和计算资源，只需获取主阶次的扭振角随转速变化的试验曲线。
作为一个示例，图6示意了四阶次的扭振角随转速变化的试验曲线，图7示意了八阶次的扭振角随转速变化的试验曲线。
然后，当前弹性系数和当前阻尼系数的调整方式如下：
先对比主阶次中的低阶次对应的图进行调整，然后对比主阶次中的高阶次对应的图进行调整，在对比和调整过程中，对比同一张图中的试验曲线与仿真曲线，如吻合度较差，则调整K及C，如图3所示，当仿真曲线在试验曲线右边时，则需减小K，反之增大K；当仿真曲线的幅值大于试验曲线的幅值时，需增大C，反之减小C，然后，重复执行步骤D1-D3，直至各主阶次的试验曲线与仿真曲线均基本吻合，则取此时的K为弹性系数，此时的C为阻尼系数。
步骤H：基于弹性系数和阻尼系数，确定TVD3在N个转速下通过橡胶件32传递的N个扭矩Td。
具体实施过程中，针对N个转速中的任一个转速，基于如下等式(2)得到TVD3在该转速下通过橡胶件32传递的扭矩Td；
Figure GDA0003790905080000101
进一步，针对N个转速中的每一个转速进行计算，可得到TVD3在N个转速下通过橡胶件32传递的N个扭矩Td。
步骤I：基于N个扭矩，得到TVD3的最大动态扭矩Tdmax，其中，N为正整数。
具体实施过程中，选定N个扭矩作为TVD3的最大动态扭矩Tdmax，至此，确定出螺栓1装配在TVD3和曲轴2之间进行工作时，实际传递的最大扭矩载荷。
步骤S102：基于最大动态扭矩Tdmax，确定用于装配TVD3和曲轴2的螺栓1的当前规格。
具体实施过程中，螺栓1的当前规格的确定方式可以为：有经验的工程师可根据竞品机型螺栓尺寸、等级进行选取。
步骤S103：基于当前规格，确定螺栓1在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率下，对应的最大螺栓轴向力Fmax及最小螺栓轴向力Fmin。
需要说明的是，厂家生产处的同一规格的螺栓1，由于螺纹摩擦系数和材料利用率的不同，其在用于装配TVD3和曲轴2时，所产生的螺栓轴向力均是不同的。
作为一种可选的实施例，当前规格包括：螺栓材料屈服极限σS、螺栓公称直径d、螺距P、螺纹中径d2；
步骤S103包括：
基于如下等式(3)，得到螺栓1在当前螺纹摩擦系数μG和当前材料利用率v下，对应的螺栓轴向力FM；
Figure GDA0003790905080000111
其中，AS为螺栓应力截面积，As＝0.7854×(d-0.9382×P)2，ds为应力截面对应等效直径，
Figure GDA0003790905080000112
v的取值范围为1.0～1.05，当v取最大值且μG取最小值时，得到的FM为最大螺栓轴向力Fmax；当v取最小值且μG取最大值时，得到的FM为最小螺栓轴向力Fmin。
至此，得到具有当前规格的螺栓1装配在TVD3和曲轴2之间时，能够产生的最大螺栓轴向力Fmax和最小螺栓轴向力Fmin。
步骤S104：基于最小螺栓轴向力Fmin与最大动态扭矩Tdmax，获得TVD3和曲轴2的联接安全系数k。
作为一种可选的实施例，步骤S104包括：
基于等式T＝μ×Fmin×R，获取曲轴2的前端面的摩擦力矩T，摩擦力矩T是指：螺栓1将TVD3固定在曲轴2的前端面上时，由于螺栓轴向力的存在，导致TVD3和曲轴2的前端面之间产生的摩擦力对应产生的力矩，该摩擦力矩T代表了具有当前规格的螺栓1在传递力矩时，允许承载的最大扭矩。
基于等式k＝T/Tdmax，得到联接安全系数k。
其中，μ为TVD3和曲轴2的摩擦接触面的摩擦系数，Fmin为最小螺栓轴向力，R为TVD3和曲轴2的摩擦接触面的等效半径，
Figure GDA0003790905080000121
r0和r1分别为TVD3和曲轴2的摩擦接触面的外径和内径，Tdmax为最大动态扭矩。
需要说明的是，如图1所示，TVD3和曲轴2的摩擦接触面，是指TVD轮毂31与曲轴2的前端面相接触的位置，由于TVD轮毂31与曲轴2的前端面均设置有供螺栓1穿过的孔，因此，TVD3和曲轴2的摩擦接触的内径是指该孔的径长，即曲轴2的内径，TVD3和曲轴2的摩擦接触的外径是指TVD轮毂31与曲轴2的前端面相接触的位置的外围径长，通常为曲轴2的外径。
本实施例中，该联接安全系数k能够表征具有当前规格的螺栓1允许的最大扭矩载荷T和实际的最大扭矩载荷Tdmax之间的安全余量。
步骤S105：基于最大螺栓轴向力Fmax，获得TVD3和曲轴2的接触压力安全系数kc。
作为一种可选的实施例，步骤S105包括：
基于等式
Figure GDA0003790905080000122
获得接触压力安全系数kc，其中，Fmax为最大螺栓轴向力，AC为TVD3和曲轴2的摩擦接触面的接触面积，σC为TVD3的材料表面压缩极限。
本实施例中，该接触压力安全系数kc能够表征具有当前规格的螺栓1允许的最大螺栓轴向力Fmax与材料所能承受的面压力之间的安全余量。
步骤S106：判断联接安全系数k及接触压力安全系数kc是否满足预设要求，若满足，确定当前规格为螺栓1的目标规格；若不满足，调整当前规格，重复执行上述步骤S103至步骤S106，直至联接安全系数k及接触压力安全系数kc满足预设要求，确定调整后的当前规格为螺栓1的目标规格。
具体实施过程中，联接安全系数k能够表征具有当前规格的螺栓1允许的最大扭矩载荷T和实际的最大扭矩载荷Tdmax之间的安全余量，接触压力安全系数kc能够表征具有当前规格的螺栓1允许的最大螺栓轴向力Fmax与材料所能承受的最大面压力之间的安全余量，只要在保证两个安全余量足够时，才能够保证螺栓1不会发生变形或断裂的情况。
作为一种可选的实施例，步骤S106包括：
判断联接安全系数k是否大于1.1，且接触压力安全系数kc是否大于1；
若大于，确定联接安全系数k及接触压力安全系数kc满足预设要求；
若不大于，确定联接安全系数k及接触压力安全系数kc不满足预设要求。
具体实施过程中，当确定联接安全系数k小于或等于1.1，接触压力安全系数kc小于或等于1时，需要增大螺栓1的尺寸和强度。
本实施例中，在计算TVD3和曲轴2之间的联接安全系数k时，利用的是最小螺栓轴向力Fmin计算，原因在于，只要保证最小螺栓轴向力Fmin对应产生的摩擦力矩T与最大动态扭矩Tdmax的比值大于1.1时，则具有当前规格的螺栓1具有更小的螺栓轴向力的情况下，对应产生的摩擦力矩T与最大动态扭矩Tdmax的比值均满足预设要求。
另外，在计算TVD3和曲轴2之间的接触压力安全系数kc时，利用的是最大螺栓轴向力Fmax计算，原因在于，只要保证最大螺栓轴向力Fmax与TVD3和曲轴2的所能承受的压力上限的比值大于1时，则具有当前规格的螺栓1在具有更小的螺栓轴向力的情况下，均能够保证其产生的接触压力安全系数kc满足预设要求。
作为一种可选的实施例，在确定联接安全系数及接触压力安全系数满足预设要求之前，还包括：
判断联接安全系数是否小于预设上限阈值，若小于，确定联接安全系数及接触压力安全系数满足预设要求。
具体实施过程中，预设上限阈值根据需要设置，本实施例中，设置联接安全系数小于预设上限阈值，能够确保螺栓利用率最大化，避免造成材料浪费。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本申请中，首先，通过预测待安装的TVD所能承载的最大动态扭矩，进而确定出螺栓装配在TVD和曲轴之间进行工作时，实际能够传递的最大扭矩载荷。然后进行螺栓的选型。在选型过程中，先确定出一个当前规格，接着计算在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率的影响下，具有该当前规格的螺栓被拧紧后所能够产生的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力，然后基于最小螺栓轴向力与最大动态扭矩，获得联接安全系数，该安全系数能够表征具有当前规格的螺栓允许的最大扭矩载荷和实际的最大扭矩载荷之间的安全余量，以及基于最大螺栓轴向力获得的接触压力安全系数，该安全系数能够表征具有当前规格的螺栓允许的最大螺栓轴向力与材料所能承受的面压力之间的安全余量，当这两个安全余量均满足预设要求时，则表示有足够的安全余量，具有当前规格的螺栓用于装配待安装的TVD和曲轴的安全性能较高，螺栓在工作过程中将非常可靠；若不满足，则表示具有当前规格的螺栓用于装配待安装的TVD和曲轴的超负荷，需要在当前规格的基础上进行调整，直至联接安全系数及接触压力安全系数满足预设要求，则确定调整后的当前规格为螺栓的目标规格，因此，本申请解决了现有技术中无法定量对TVD螺栓的型号进行校核，以避免螺栓选型不合理导致的发动机运转过程中易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
实施例二
如图8所示，本实施例提供了一种TVD螺栓的拧紧参数的确定方法，应用于实施例一中任一项的TVD螺栓选型方法确定出的目标螺栓的装配，目标螺栓为具有目标规格的螺栓，目标螺栓用于待安装的TVD和曲轴之间的装配，所述方法包括：
步骤S201：基于目标螺栓的最大螺栓轴向力Fmax和最小螺栓轴向力Fmin，确定目标螺栓在第一拧紧阶段的拧紧力矩T1和第一拧紧轴向力F1。
作为一种可选的实施例，步骤S201，包括：
基于等式T1＝F1×(0.16×P+0.58×d2×μG+0.5×Dkm×μK)，确定拧紧力矩T1；
基于等式F1＝a×Fa，获得第一拧紧轴向力F1；
其中，Fa＝0.5×(Fmin+Fmax)，Dkm＝0.5×(DW+DI)，P为目标螺栓的螺距，d2为目标螺栓的螺纹中径，DW为目标螺栓的头部与TVD的摩擦接触面的外径，DI为目标螺栓的头部与TVD的摩擦接触面的内径，μG为目标螺栓的螺纹摩擦系数，μK为目标螺栓的头部与TVD之间的摩擦系数，F1为第一拧紧轴向力，a为0.3～0.5。
需要说明的是，如图1所示，由于螺栓存在螺杆，因此，螺栓的头部与TVD的摩擦接触面的外径DW是指螺栓的头部与TVD轮毂的相接触的位置的外围径长，螺栓的头部与TVD的摩擦接触面的内径DI是指螺栓的螺杆的径长。
步骤S202：获取目标螺栓在第二拧紧阶段的当前设定转角θ。
具体实施过程中，当前设定转角θ的获取方式可以为有经验的工程师根据经验所得，还可以为通过系统内搭建的自学习模型所得，此处不具体限制其获取方式。
步骤S203：基于当前设定转角θ及第一拧紧轴向力F1，确定目标螺栓在转过当前设定转角θ后的塑性应变εp；
步骤S204：判断塑性应变εp是否小于5％，若小于，确定当前设定转角θ为目标螺栓在第二拧紧阶段的目标设定转角；若大于，调整当前设定转角θ，直至目标螺栓在转过当前设定转角θ后的塑性应变εp小于5％，确定调整后的当前设定转角θ为目标螺栓在第二拧紧阶段的目标设定转角。
具体实施过程中，一般要求0<εp<5％，这样既能保证目标螺栓拧紧过程中不被拉断，又能保证目标螺栓材料性能得到充分利用，减小目标螺栓和周边件尺寸。若0<εp<5％，则所选的当前设定转角θ满足要求，否则需根据塑性变形增大或减小当前设定转角θ并重复执行步骤S203至步骤S204。这样获得的螺目标螺栓的第一阶段的初始拧紧力矩T1和第二阶段的目标设定转角，为实际拧紧工艺提供了准确参考。
作为一种可选的实施例，步骤S203包括：
基于当前设定转角θ，确定目标螺栓在转过当前设定转角θ后的伸长量δl。
具体实施过程中，δl＝θ*P/360，其中δl＝δle+δlp，δle为目标螺栓的弹性变形量，δlp为目标螺栓的塑性变形量，P为目标螺栓的螺距。
基于伸长量δl，获得目标螺栓在转过当前设定转角θ后的第二拧紧轴向力F2。
具体实施过程中，基于等式F2＝F1+Kb*δl，获得第二拧紧轴向力F2，其中，Kb为总联接刚度，总联接刚度Kb是目标螺栓的刚度Kbolt和被联接件的刚度Kboss的串联刚度，被联接件的刚度Kboss指TVD刚度，Kbolt＝Ebolt*As/L，Ebolt为目标螺栓的材料弹性模量，As为目标螺栓的应力截面积，L为目标螺栓的夹紧长度，Kboss＝Eboss*Aboss/L，Eboss为TVD的弹性模量，Aboss为目标螺栓和TVD的接触面积，
Figure GDA0003790905080000161
基于第一拧紧轴向力F1、第二拧紧轴向力F2和伸长量δl，获得目标螺栓的塑性变形量δlp。
具体实施过程中，基于等式
Figure GDA0003790905080000162
获得目标螺栓的塑性变形量δlp。
基于塑性变形量，获得塑性应变εp。
具体实施过程中，基于等式εp＝δlp/L，获得塑性应变εp。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本实施例提供的TVD螺栓的拧紧参数的确定方法既能保证螺栓拧紧过程中不被拉断，又能保证螺栓材料性能得到充分利用，减小螺栓和周边件尺寸。这样获得的螺栓的第一阶段的初始拧紧力矩和第二阶段的目标设定转角，为实际拧紧工艺提供了准确参考。
另外，利用实施例一的螺栓选型方法确定出的螺栓去装配待安装的TVD和曲轴，能够保证足够的安全余量，使得螺栓在工作过程中将非常可靠，不易出现螺栓松脱甚至断裂造成发动机故障的问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种TVD螺栓选型方法，其特征在于，包括：
预测待安装的扭振减震器TVD的最大动态扭矩；
基于所述最大动态扭矩，确定用于装配所述TVD和曲轴的螺栓的当前规格；
基于所述当前规格，确定所述螺栓在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率下，对应的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力；
基于所述最小螺栓轴向力与所述最大动态扭矩，获得所述TVD和所述曲轴的联接安全系数；
基于所述最大螺栓轴向力，获得所述TVD和所述曲轴的接触压力安全系数；
判断所述联接安全系数及所述接触压力安全系数是否满足预设要求，若满足，确定所述当前规格为所述螺栓的目标规格；若不满足，调整所述当前规格，直至所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求，并确定调整后的所述当前规格为所述螺栓的目标规格；
所述预测待安装的TVD扭振减震器的最大动态扭矩，包括：
搭建所述TVD的动力学模型，所述动力学模型包括位于内圈的TVD轮毂、位于外圈的TVD惯量环、位于所述TVD轮毂和所述TVD惯量环之间的橡胶件；
利用转动惯量测量工具，测量所述TVD轮毂的第一转动惯量和所述TVD惯量环的第二转动惯量；
获取所述橡胶件的当前弹性系数和当前阻尼系数；
基于所述第一转动惯量、所述第二转动惯量、所述当前弹性系数和所述当前阻尼系数，得到所述TVD轮毂运行在N个转速时，所述TVD惯量环对应的N个角速度值；
对所述N个角速度值进行傅里叶变换，得到所述N个转速处于频域时，所述TVD惯量环的N个扭振角幅值；
基于所述N个扭振角幅值，得到所述TVD惯量环的扭振角随转速变化的仿真曲线；
基于所述仿真曲线和测试台车获得的试验曲线的位置关系，调整所述当前弹性系数和所述当前阻尼系数，直至所述试验曲线和所述仿真曲线吻合时，确定调整后的所述当前弹性系数为所述橡胶件的弹性系数，确定调整后的所述当前阻尼系数为所述橡胶件的阻尼系数；
基于所述弹性系数和所述阻尼系数，确定所述TVD在所述N个转速下通过所述橡胶件传递的N个扭矩；
基于所述N个扭矩，得到所述TVD的最大动态扭矩，其中，N为正整数。
2.如权利要求1所述的TVD螺栓选型方法，其特征在于，所述当前规格包括：螺栓材料屈服极限、螺栓公称直径、螺距、螺纹中径；
所述基于所述当前规格，确定所述螺栓在不同的螺纹摩擦系数和材料利用率下，对应的最大螺栓轴向力及最小螺栓轴向力，包括：
基于等式：
Figure FDA0003777347400000021
得到所述螺栓在当前螺纹摩擦系数和当前材料利用率下，对应的螺栓轴向力，其中，
FM为所述螺栓轴向力，v为所述当前材料利用率，μG为所述当前螺纹摩擦系数，σS为所述螺栓材料屈服极限，AS为螺栓应力截面积，AS＝0.7854×(d-0.9382×P)2，d为所述螺栓公称直径，P为所述螺距，d2为所述螺纹中径，ds为应力截面对应等效直径，
Figure FDA0003777347400000022
当所述v取最大值且所述μG取最小值时，得到的所述FM为所述最大螺栓轴向力；当所述v取最小值且所述μG取最大值时，得到的所述FM为所述最小螺栓轴向力。
3.如权利要求1所述的TVD螺栓选型方法，其特征在于，所述基于所述最小螺栓轴向力与所述最大动态扭矩，获得所述TVD和所述曲轴的联接安全系数，包括：
基于等式T＝μ×Fmin×R，获取所述曲轴的前端面的摩擦力矩；
基于等式k＝T/Tdmax，得到所述联接安全系数；
其中，T为所述摩擦力矩，μ为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的摩擦系数，Fmin为所述最小螺栓轴向力，R为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的等效半径，
Figure FDA0003777347400000031
r0和r1分别为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的外径和内径，k为所述联接安全系数，Tdmax为所述最大动态扭矩。
4.如权利要求1所述的TVD螺栓选型方法，其特征在于，所述基于所述最大螺栓轴向力，获得所述TVD和所述曲轴的接触压力安全系数，包括：
基于等式
Figure FDA0003777347400000032
获得所述接触压力安全系数，其中，
kc为所述接触压力安全系数，Fmax为所述最大螺栓轴向力，AC为所述TVD和所述曲轴的摩擦接触面的接触面积，σC为所述TVD的材料表面压缩极限。
5.如权利要求1所述的TVD螺栓选型方法，其特征在于，所述判断所述联接安全系数及所述接触压力安全系数是否满足预设要求，包括：
判断所述联接安全系数是否大于1.1，且所述接触压力安全系数是否大于1；
若大于，确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求；
若不大于，确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数不满足所述预设要求。
6.如权利要求5所述的TVD螺栓选型方法，其特征在于，在所述确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求之前，还包括：
判断所述联接安全系数是否小于预设上限阈值，若小于，确定所述联接安全系数及所述接触压力安全系数满足所述预设要求。
7.一种TVD螺栓的拧紧参数的确定方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的TVD螺栓选型方法确定出的目标螺栓的装配，所述目标螺栓为具有所述目标规格的螺栓，所述方法包括：
基于所述目标螺栓的所述最大螺栓轴向力和所述最小螺栓轴向力，确定所述目标螺栓在第一拧紧阶段的拧紧力矩和第一拧紧轴向力；
获取所述目标螺栓在第二拧紧阶段的当前设定转角；
基于所述当前设定转角及所述第一拧紧轴向力，确定所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的塑性应变；
判断所述塑性应变是否小于5％，若小于，确定所述当前设定转角为所述目标螺栓在所述第二拧紧阶段的目标设定转角；若大于，调整所述当前设定转角，直至所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的塑性应变小于5％，确定调整后的所述当前设定转角为所述目标螺栓在所述第二拧紧阶段的目标设定转角。
8.如权利要求7所述的TVD螺栓的拧紧参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述目标螺栓的所述最大螺栓轴向力和所述最小螺栓轴向力，确定所述目标螺栓在第一拧紧阶段的拧紧力矩和第一拧紧轴向力，包括：
基于等式T1＝F1×(0.16×P+0.58×d2×μG+0.5×Dkm×μK)，确定所述拧紧力矩；
基于等式F1＝a×Fa，获得所述第一拧紧轴向力；
其中，T1为所述拧紧力矩，Fa＝0.5×(Fmin+Fmax)，Dkm＝0.5×(DW+DI)，Fmin为所述最小螺栓轴向力，Fmax为所述最大螺栓轴向力，F1为所述第一拧紧轴向力，P为所述目标螺栓的螺距，d2为所述目标螺栓的螺纹中径，DW为所述目标螺栓的头部与所述TVD的摩擦接触面的外径，DI为所述目标螺栓的头部与所述TVD的摩擦接触面的内径，μG为所述目标螺栓的螺纹摩擦系数，μK为所述目标螺栓的头部与所述TVD之间的摩擦系数，F1为所述第一拧紧轴向力，a为0.3～0.5。
9.如权利要求7所述的TVD螺栓的拧紧参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述当前设定转角及所述第一拧紧轴向力，确定所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的塑性应变，包括：
基于所述当前设定转角，确定所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的伸长量；
基于所述伸长量，获得所述目标螺栓在转过所述当前设定转角后的第二拧紧轴向力；
基于所述第一拧紧轴向力、所述第二拧紧轴向力和所述伸长量，获得所述目标螺栓的塑性变形量；
基于所述塑性变形量，获得所述塑性应变。
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