浅谈缸盖螺栓螺纹孔对缸孔变形量的影响

王有江 赵礼飞

摘 要：文章介绍浅螺纹的缸盖螺栓孔与深螺纹的缸盖螺栓孔对缸体缸孔变形量的影响，试验表明缸体使用深螺纹的缸盖螺栓孔，可以有效的减小缸孔变形量；文章给出的深螺纹，主要是缸盖螺栓孔起始点低于缸体水套。

关键词：缸盖螺栓孔；缸孔；变形量

中图分类号：TK4231 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）20-0017-02

缸体是发动机的主要零部件之一，缸体的缸孔与活塞、活塞环、缸盖一起组成燃烧室，并为活塞提供往复运动的场地。研究表明缸孔变形的增加，会造成活塞环与缸孔的贴合度降低，造成燃烧室的燃气进入曲轴箱导致漏气量增大，机油容易窜入燃烧室热解裂化产生颗粒导致机油耗增大，进而影响发动机的排放性能。

本文研究缸体上的缸盖螺栓孔螺纹起始点深度大小对缸孔变形量的影响。

1 研究方案

浅螺纹的缸体，如图1所示，缸体上缸盖螺栓孔钻深84 mm，攻深起始点距离缸体顶面48.5 mm，螺纹部分位于缸体水套的以上空间范围内；优化后的缸盖螺栓孔螺纹深度，如图2所示，其中钻深114 mm，攻螺纹起始点距离缸体顶面78.5 mm，螺纹长度不变，螺纹部分位于缸体水套的以下空间。

当缸盖螺栓孔的螺纹部分位于水套的以上空间时，缸盖螺栓的轴向力聚集在缸孔上部分（缸孔上部分因为有水套而刚性较弱），导致缸孔变形量大；当增加缸盖螺栓孔起始点的深度，使螺纹部分位于水套以下，使缸盖螺栓的轴向力积聚在缸孔下部分（此时缸孔刚性强），缸孔变形量较小。

本文研究的缸盖螺栓孔与主轴承盖螺栓孔之间相互连接，使缸盖螺栓的轴向力能向下传递，即可以减小缸盖螺栓轴向力的集聚，又可以与主轴承缸盖螺栓轴向力相互抵消，对减小对缸孔变形量有益。

为了对比分析缸盖螺栓孔螺纹起始点深度对缸孔变形量的影响，以下通过缸体有限元分析和INCOMETER-V200缸孔轮廓测量仪实物测量。

2 有限元分析

分析模型包括缸体、缸盖、缸盖螺栓、缸垫、主轴承盖和主轴承螺栓。使用Hypermesh对模型进行网格划分，网格均采用四面体二阶单元，即C3D10M单元，缸垫部分使用GASKET单元，类型为GK3D12MN。有限元模型，如图3所示。

缸孔变形量分析主要是考虑在冷机状态下的装配载荷，即缸盖螺栓预紧力和主轴承螺栓预紧力的作用下的变形情况，因此，载荷有缸盖螺栓预紧力和主轴承螺栓预紧力。此分析中缸盖螺栓规格为M12×1.25 11.9级，额定预紧力为93 700 N，主轴承螺栓预紧力为76 000 N。另外对于缸孔变形量影响较大的边界条件为缸垫的特性，缸垫的压缩特性曲线，如图4所示。

有限元分析缸体上缸盖螺栓孔的浅螺纹起始点对缸孔变形量的影响，从距离缸体顶面8.5 ～104.5 mm共7个等截缸孔的变形量，从分析结果可以看出1缸最大变形量20 μm、2缸最大变形量25 μm、3缸最大变形量25 μm、4缸最大变形量25 μm；有限元分析缸体上缸盖螺栓孔的深螺纹起始点对缸孔变形量的影响，从距离缸体顶面7 ～145 mm共13个等截面缸孔的变形量，从分析结果可以看出1缸最大变形量17 μm、2缸最大变形量10 μm、3缸最大变形量15 μm、4缸最大变形量 5 μm。

从分析的对比可以看出，缸盖螺栓孔为深螺纹起始点的缸体和浅螺纹起始点的缸体相比，缸孔变形量明显减小。因此使用深螺纹起始点的缸盖螺栓孔能够有效的减小缸孔变形量。

3 试验验证

本文试验采用INCOMETER-V200缸孔轮廓测量仪，设备精度可以达到1.5 μm。利用计算机通过FFT（快速傅立叶离散变换）来计算和分析缸孔的变形量。

傅立叶变换是将时域信号转化成频域信号的一个重要的计算手段，这里借用谐波分析来了解缸孔变形的影响因素和对缸孔进行评价。通过傅立叶换算分解缸孔的变形量，将其划分为各个阶次，可以形象地表示，如图5所示。

分别测量2台缸体，一台缸体为图1所示的缸盖螺栓孔为浅螺纹，另一台缸体为图2所示的缸盖螺栓孔为深螺纹，测量结果，见表1和表2，分别表示缸体上缸盖螺栓孔的浅螺纹起始点和深螺纹起始点对缸孔变形量的影响。从表1和表2的对比可以看出，深螺纹起始点的缸体和浅螺纹起始点的缸体相比，缸孔变形量明显减小。

因此使用深螺纹起始点的缸盖螺栓孔能够有效的减小缸孔变形量。

4 结 语

缸盖螺栓孔螺纹起始点的深度影响缸孔变形量，通过有限元分析和试验验证，通过增加缸体上缸盖螺栓孔的螺纹起始点的深度，使螺纹部分位于水套以下，可以有效的减小缸孔变形量，最终使各阶次缸孔变形满足使用要求。

参考文献：

[1] 王青川.基于ABAQUS的缸孔变形量计算[J].汽车制造业，2013，（2）.