(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011240098.X
(22)申请日 2020.11.09
(71)申请人 东风汽车集团有限公司
地址 430056 湖北省武汉市武汉经济技术
开发区东风大道特1号
(72)发明人 张继杨　靳晓妍　龚婧瑶　万鹏　
潘理杰　
(74)专利代理机构 北京众达德权知识产权代理
有限公司 11570
代理人 詹守琴
(51)Int.Cl.
G06F  30/17(2020.01)
G06F  30/20(2020.01)
G06F  119/14(2020.01)
(54)发明名称一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法(57)摘要本发明涉及一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，属于车辆制造技术领域。本申请提供的方法通过发动机的最大爆发压力，获得发动机最大工作载荷并进一步获得气缸盖单颗螺栓的最大外载荷，根据轴力衰减确定的预定安全系数，最终简化至单颗螺栓使气缸盖密封所需的预紧力，随后对螺栓进行正向选型，再考虑螺栓在量产状态下，多
批次螺栓之间其规格和尺寸、摩擦系数散差、屈服强度散差以及实际情况，精准得到螺栓的实际最大预紧力以及实际最小预紧力计算，最后再进行校核。该方法能准确地对汽油发动机气缸盖螺栓进行正向选型，方法更加简便且考虑完善，选出来的螺栓更能符合汽油发
动机运行的实际情况。权利要求书2页  说明书8页  附图3页CN 112580156 A 2021.03.30
C N  112580156
A
1.一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于，包括：
根据所述发动机最大爆发压力获得所述发动机最大工作载荷；
根据所述发动机最大工作载荷获得气缸盖单颗螺栓的最大外载荷；
根据预定安全系数以及所述单颗螺栓的最大外载荷确定单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力，所述预定安全系数为据所述螺栓使用过程中的轴力衰减确定的；
根据所述气缸盖的螺栓装配边界条件和所述单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力来初步选定螺栓型号以及垫片型号；
根据所述选定螺栓型号对应的螺栓的最小屈服强度以及最大摩擦系数获得所述螺栓的实际最小预紧力，并根据所述螺栓的最大屈服强度以及最小摩擦系数获得所述螺栓的实际最大预紧力；
根据所述螺栓的实际最小预紧力以及所述气缸盖单颗螺栓的最大外载荷，获得所述螺栓的实际安全系数，并将所述螺栓的实际安全系数与所述预定安全系数进行比较；
根据所述螺栓的实际最大预紧力以及所述气缸盖与所述垫片之间的承压面积获得所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力，并将所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力与所述气缸盖制造材料的许用接触应力进行比较；
根据所述螺栓的实际最大预紧力以及所述垫片与所述螺栓头部之间的承压面积获得所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力，并将所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力与所述垫片制造材料的许用接触应力进行比较；
在所述实际安全系数大于所述预定安全系数时，并且所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力小于所述气缸盖制造材料的许用接触应力以及所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力小于所述垫片制造材料的许用接触应力时，确定选定螺栓型号合格。
2.根据权利要求1所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述根据所述发动机最大爆发压力获得所述发动机最大工作载荷，具体为：
所述发动机最大工作载荷所述P
max
为所述发动机的最大爆发压力，所
述d
g
为所述发动机气缸垫缸孔直径。
3.根据权利要求2所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述根据所述发动机最大工作载荷获得气缸盖单颗螺栓的最大外载荷，具体为：所述气缸盖单颗螺栓的最大外载荷
4.根据权利要求3所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述根据预定安全系数以及所述单颗螺栓的最大外载荷确定单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力，具体为：
所述单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力F
v ＝K×F
b
，所述K为所述螺栓的预定安
全系数。
5.根据权利要求4所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述螺栓的预定安全系数K的取值范围为1.6‑1.8。
6.根据权利要求5所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述根据所述选定螺栓型号对应的螺栓的最小屈服强度以及最大摩擦系数获得所述螺栓的
实际最小预紧力，具体为：
所述螺栓的实际最小预紧力
所述根据所述螺栓的最大屈服强度以及最小摩擦系数获得所述螺栓的实际最大预紧力，具体为：
所述螺栓的实际最大预紧力
所述v为所述螺栓的屈服强度利用系数，所述R
P0.2max
为所述螺栓的最大屈服强度，所述
R
P0.2min 为所述螺栓的最小屈服强度，所述A
s
为所述螺栓的外螺纹公称应力截面积，所述d
2
为
所述螺栓的螺纹中径，所述d
为所述螺栓的外螺纹公称应力截面积当量直径，所述α′为所
述螺栓的螺纹牙侧角，所述μ
smin 为所述螺栓螺纹的最小摩擦系数，所述μ
smax
为所述螺栓螺纹
的最大摩擦系数，所述P为所述螺栓的螺距。
7.根据权利要求6所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述根据所述螺栓的实际最小预紧力以及所述单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力，获得所述螺栓的实际安全系数，具体为：
所述螺栓的实际安全系数
8.根据权利要求7所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述根据所述螺栓的
实际最大预紧力以及所述气缸盖与所述垫片之间的承压面积获得所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力，具体为：
所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力所述A
C
为所述气缸盖与垫
片之间的承压面积。
9.根据权利要求8所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：所述根据所述螺栓的实际最大预紧力以及所述垫片与所述螺栓头部之间的承压面积获得所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力，具体为：
所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力所述A
d
为所述垫片与螺
栓之间的承压面积。
10.根据权利要求1‑9中任一项所述的一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，其特征在于：在EXCEL表格中执行权利要求1‑9中任一项所述的方法。
一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法
技术领域
[0001]本发明属于车辆制造技术领域，特别涉及一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法。
背景技术
[0002]气缸盖螺栓主要用于发动机气缸盖、气缸垫及气缸体的紧固联接，通过拧紧对气缸垫产生均匀、适当的轴向紧固力，密封气缸中的高温高压气体，同时密封冷却水、润滑油。气缸盖螺栓要有足够的刚度和疲劳强度承受缸内气体的压力和热负荷，否则极易出现发动机的“三漏”问题，影响发动机的可靠性甚至导致发动机损坏；因此，气缸盖螺栓属于发动机关键件。
[0003]但是现有技术中，气缸盖上的螺栓设计方法不够完善，从而导致气缸盖螺栓在使用过程中存在安全风险。
发明内容
[0004]本发明提供一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，用于解决现有技术中对气缸盖上的螺栓设计方法不够完善而导致气缸盖螺栓在使用过程中存在安全风险的技术问题。
[0005]本发明通过下述技术方案实现：一种汽油发动机气缸盖螺栓选型及校核方法，包括：
[0006]根据所述发动机最大爆发压力获得所述发动机最大工作载荷；
[0007]根据所述发动机最大工作载荷获得气缸盖单颗螺栓的最大外载荷；
[0008]根据预定安全系数以及所述单颗螺栓的最大外载荷确定单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力，所述预定安全系数为据所述螺栓使用过程中的轴力衰减确定的；[0009]根据所述气缸盖的螺栓装配边界条件和所述单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力来初步选定螺栓型号以及垫片型号；
[0010]结合螺栓量产状态下，多批次螺栓之间其参数存在散差，根据所述选定螺栓型号对应的螺栓的最小屈服强度以及最大摩擦系数获得所述螺栓的实际最小预紧力，并根据所述螺栓的最大屈服强度以及最小摩擦系数获得所述螺栓的实际最大预紧力；
[0011]根据所述螺栓的实际最小预紧力以及所述气缸盖单颗螺栓的最大外载荷，获得所述螺栓的实际安全系数，并将所述螺栓的实际安全系数与所述预定安全系数进行比较；[0012]根据所述螺栓的实际最大预紧力以及所述气缸盖与所述垫片之间的承压面积获得所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力，并将所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力与所述气缸盖制造材料的许用接触应力进行比较；
[0013]根据所述螺栓的实际最大预紧力以及所述垫片与所述螺栓头部之间的承压面积获得所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力，并将所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力与所述垫片制造材料的许用接触应力进行比较；
[0014]在所述实际安全系数大于所述预定安全系数时，并且所述气缸盖与所述垫片相接的承压面接触应力小于所述气缸盖制造材料的许用接触应力以及所述垫片与所述螺栓头部相接的承压面接触应力小于所述垫片制造材料的许用接触应力时，确定选定螺栓型号合格。
[0015]进一步地，为了更好的实现本发明，所述根据所述发动机最大爆发压力获得所述发动机最大工作载荷，具体为：
[0016]所述发动机最大工作载荷所述P max 为所述发动机的最大爆发压力，所述d g 为所述发动机气缸垫缸孔直径。
[0017]进一步地，为了更好的实现本发明，所述根据所述发动机最大工作载荷获得气缸盖单颗螺栓的最大外载荷，具体为：
东风汽车公司[0018]所述气缸盖单颗螺栓的最大外载荷[0019]进一步地，为了更好地实现本发明，所述根据预定安全系数以及所述单颗螺栓的最大外载荷确定单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力，具体为：
[0020]所述单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力F v ＝K ×F b ，所述K为所述螺栓的预定安全系数。
[0021]进一步地，为了更好地实现本发明，所述螺栓的预定安全系数K的取值范围为1.6‑
1.8。
[0022]进一步地，为了更好地实现本发明，所述根据所述选定螺栓型号对应的螺栓的最小屈服强度以及最大摩擦系数获得所述螺栓的实际最小预紧力，具体为：所述螺栓的实际最小预紧力
[0023]所述根据所述螺栓的最大屈服强度以及最小摩擦系数获得所述螺栓的实际最大预紧力，具体为：
[0024]所述螺栓的实际最大预紧力
[0025]
所述v为所述螺栓的屈服强度利用系数，所述R P0.2max 为所述螺栓的最大屈服强度，所述R P0.2min 为所述螺栓的最小屈服强度，所述A s 为所述螺栓的外螺纹公称应力截面积，所述d 2为所述螺栓的螺纹中径，所述d 0为所述螺栓的外螺纹公称应力截面积当量直径，所述α′为所述螺栓的螺纹牙侧角，所述μsmin 为所述螺栓螺纹的最小摩擦系数，所述μsmax 为所述螺栓螺纹的最大摩擦系数，所述P为所述螺栓的螺距。
[0026]进一步地，为了更好地实现本发明，所述根据所述螺栓的实际最小预紧力以及所
述单颗螺栓使所述气缸盖密封所需的预紧力，获得所述螺栓的实际安全系数，具体为：