一種嵌入式發動機機體縫合螺栓結構及其裝配工藝的制作方法

本發明屬于發動機結構設計領域，具體涉及一種嵌入式發動機機體縫合螺栓結構及其裝配工藝。

背景技術：

機體是柴油發動機的骨架，其主要功能是支撐發動機的運動件，并形成水道與油道，保證發動機冷卻與潤滑的需要。機體還是發動機各種附件安裝的主要載體，同時作為發動機機在車體上安裝的支座。柴油發動機機體主要由上曲軸箱、下曲軸箱、機體縫合螺栓、主軸瓦、噴油泵傳動襯套等零部件組成。

柴油發動機機體主要通過縫合螺栓實現上曲軸箱與下曲軸箱的連接，機體縫合螺栓是發動機的關鍵零部件。機體縫合螺栓的可靠性不僅直接影響著機體的可靠性，而且還會影響到柴油機的冷卻與潤滑性能。機體縫合螺栓隨發動機在使用過程中一旦發生故障，將導致機體與氣缸蓋傳動端結合面漏油、上下曲軸箱結合面漏油等故障，嚴重時還會引發其他更大的故障。

由于受柴油發動機機體結構的限制，用于連接發動機上下曲軸箱的機體縫合螺栓通常只能采用細長的高強度螺栓。機體縫合螺栓雖然抗拉強度較大，但是由于發動機在工作過程中會產生振動載荷，當機體縫合螺栓在安裝狀態下的某一階振動固有頻率等于或接近發動機機體縫合部位的振動激勵頻率時，機體縫合螺栓便會產生共振，進而引發振動疲勞斷裂。

因此，針對柴油機發動機機體的結構特點，通過合理設計機體縫合螺栓結構，有效避免機體縫合螺栓在安裝狀態下發生由共振導致的振動疲勞斷裂，是提高發動機機體縫合結構可靠性的關鍵。

技術實現要素：

本發明提出一種嵌入式發動機機體縫合螺栓結構，由嵌入式螺母套、螺桿、上曲軸箱和下曲軸箱裝配而成，可實現發動機機體上曲軸箱和下曲軸箱的可靠縫合。

本發明的技術方案：

一種嵌入式發動機機體縫合螺栓結構，包括嵌入式螺母套、螺桿、上曲軸箱和下曲軸箱；所述嵌入式螺母套的頂部有用于裝配和拆卸時所夾緊的螺帽，螺帽下部為同上曲軸箱相裝配的光軸，所述嵌入式螺母套的光軸的另一端設有螺紋盲孔，所述嵌入式螺母套的螺帽與光軸的過渡部位設有過渡圓角；

所述螺桿的一端有同嵌入式螺母套的螺紋盲孔相裝配的上外螺紋，所述螺桿的另一端有同下曲軸箱的螺紋孔相裝配的下外螺紋，所述螺桿的光桿部位靠近下外螺紋的一側上有用于裝配和拆卸螺桿時所使用的裝夾面；

所述上曲軸箱上有同嵌入式螺母套的光軸和螺桿相裝配的通孔，所述下曲軸箱上有同螺桿的下外螺紋相裝配的螺紋盲孔；所述螺桿通過螺紋旋緊裝配在下曲軸箱上，所述上曲軸箱安裝在下曲軸箱上并使螺桿放置在上曲軸箱的通孔中，所述嵌入式螺母套裝配在上曲軸箱的通孔中并同螺桿通過螺紋旋緊裝配實現上曲軸箱和下曲軸箱的縫合。

上述嵌入式發動機機體縫合螺栓結構的裝配工藝，包括以下步驟：

a、確定嵌入式螺母套與螺桿以及上曲軸箱和下曲軸箱連接部位的尺寸參數：根據發動機機體的結構尺寸參數和機體縫合螺栓部位的振動激勵頻率，首先采用有限元計算方法確定機體縫合螺栓結構在安裝狀態下螺桿的振動固有頻率，通過優化嵌入式螺母套光桿的長度與直徑以及螺桿的長度和直徑，保證螺桿在安裝狀態下的振動固有頻率高于發動機機體縫合螺栓部位的振動激勵上限頻率20％以上，在此處基礎上，確定嵌入式螺母套的螺帽、光軸、螺紋盲孔以及螺帽與光軸過渡圓角的尺寸，確定螺桿的光桿、外螺紋和裝夾面尺寸，確定上曲軸箱同嵌入式螺母套光軸和螺桿相裝配的通孔的尺寸，確定下曲軸箱同螺桿的外螺紋相裝配的螺紋盲孔的尺寸；

b、嵌入式螺母套與螺桿以及上曲軸箱和下曲軸箱連接部位的加工：按照步驟a確定的嵌入式螺母套與螺桿以及上曲軸箱和下曲軸箱連接部位的尺寸參數，進行嵌入式螺母套與螺桿的加工，進行上曲軸箱和下曲軸箱連接部位的加工；

c、螺桿與下曲軸箱的裝配：將螺桿通過螺紋旋緊裝配在下曲軸箱上，螺桿上用于裝配和拆卸螺桿時所使用的裝夾面靠近下曲軸箱，并用扳手夾住螺桿上的裝夾面實現螺桿同下曲軸箱之間的螺紋旋緊裝配；

d、上曲軸箱同螺桿和下曲軸箱的裝配：將上曲軸箱安裝在下曲軸箱上，保證將步驟c中已安裝在下曲軸箱上的螺桿放置在上曲軸箱的通孔中。

e、嵌入式螺母套同上曲軸箱和螺桿的裝配：將嵌入式螺母套放入上曲軸箱的通孔中，用扳手夾住嵌入式螺母套的螺帽，通過嵌入式螺母套內螺紋和螺桿外螺紋的旋緊裝配將嵌入式螺母套同上曲軸箱、螺桿裝配在一起，實現發動機機體上曲軸箱和下曲軸箱的縫合。

本發明的有益效果是：

本發明嵌入式發動機機體縫合螺栓結構，采用嵌入式螺母套與螺桿組合的螺栓連接結構，根據發動機機體結構尺寸參數，在確定嵌入式螺母套與螺桿以及上曲軸箱和下曲軸箱連接部位尺寸的基礎上，通過嵌入式螺母套與螺桿以及上曲軸箱和下曲軸箱連接部位的加工與裝配，可實現發動機機體上曲軸箱和下曲軸箱的可靠縫合。螺母套采用嵌入式結構可以縮短螺桿長度，大幅提高螺桿在安裝狀態下的振動固有頻率，有效防止機體縫合螺栓結構出現由共振導致的疲勞斷裂現象，顯著提高機體結構的可靠性。嵌入式螺母套上的螺紋孔為盲孔，可有效提高嵌入式螺母套的強度；嵌入式螺母套頂部有螺帽，便于嵌入式螺母套以及機體縫合螺栓結構的裝配和拆卸。螺桿的光桿部位有裝夾面，便于螺桿的裝配與拆卸。在確定嵌入式螺母套與螺桿以及上曲軸箱和下曲軸箱連接部位的尺寸參數時，運用有限元方法通過優化嵌入式螺母套光桿的長度與直徑以及螺桿的長度和直徑，并使螺桿在安裝狀態下的振動固有頻率高于發動機機體縫合螺栓部位的振動激勵上限頻率20％以上，可以保證螺桿在加工和裝配過程中即使存在一定的誤差也能夠滿足在實際安裝狀態下的振動固有頻率高于發動機機體縫合螺栓部位的振動激勵上限頻率，有效防止螺桿發生共振，充分保證機體縫合結構的可靠性。

附圖說明

圖1是嵌入式螺母套結構示意圖。

圖2是螺桿結構示意圖。

圖3是嵌入式發動機機體縫合螺栓結構示意圖。

1嵌入式螺母套 2螺桿 3上曲軸箱 4下曲軸箱 5螺帽

6螺紋盲孔 7上外螺紋 8裝夾面 9下外螺紋

具體實施方式

一種嵌入式發動機機體縫合螺栓結構，包括嵌入式螺母套1、螺桿2、上曲軸箱3和下曲軸箱4。所述嵌入式螺母套1有用于裝配和拆卸時所夾緊的螺帽5，所述嵌入式螺母套1上有同上曲軸箱3相裝配的光軸，所述嵌入式螺母套1的光軸上有同螺桿2的螺紋7相裝配的螺紋盲孔6，所述嵌入式螺母套1的螺帽5與光軸過渡部位有過渡圓角，如圖1所示；所述螺桿2的一端有同嵌入式螺母套1的螺紋盲孔6相裝配的上外螺紋7，所述螺桿2的另一端有同下曲軸箱4的螺紋孔相裝配的下外螺紋9，所述螺桿2的光桿部位靠近下外螺紋9的一側上有用于裝配和拆卸螺桿2時所使用的裝夾面8，如圖2所示；所述上曲軸箱3上有同嵌入式螺母套1的光軸和螺桿2相裝配的通孔，所述下曲軸箱4上有同螺桿2的下外螺紋9相裝配的螺紋盲孔；所述螺桿2通過螺紋旋緊裝配在下曲軸箱4上，所述上曲軸箱3安裝在下曲軸箱4上并使螺桿2放置在上曲軸箱3的通孔中，所述嵌入式螺母套1裝配在上曲軸箱3的通孔中并同螺桿2通過螺紋旋緊裝配實現上曲軸箱3和下曲軸箱4的縫合，如圖3所示。

上述嵌入式發動機機體縫合螺栓結構的裝配工藝，包括以下步驟：

a、確定嵌入式螺母套1與螺桿2以及上曲軸箱3和下曲軸箱4連接部位的尺寸參數：

根據發動機機體的結構尺寸參數和機體縫合螺栓部位的振動激勵頻率，首先采用有限元計算方法確定機體縫合螺栓結構在安裝狀態下螺桿2的振動固有頻率，通過優化嵌入式螺母套1的光桿的長度與直徑以及螺桿的長度和直徑，保證螺桿2在安裝狀態下的振動固有頻率高于發動機機體縫合螺栓部位的振動激勵上限頻率20％以上，在此處基礎上，確定嵌入式螺母套1的螺帽5、光軸、螺紋盲孔6以及螺帽5與光軸過渡圓角的尺寸，確定螺桿2的光桿、上下兩個外螺紋和裝夾面8的尺寸，確定上曲軸箱3同嵌入式螺母套1的光軸和螺桿2相裝配的通孔的尺寸，確定下曲軸箱4同螺桿2的下外螺紋9相裝配的螺紋盲孔的尺寸；

例如，某發動機機體縫合螺栓部位的振動激勵頻率范圍為0-1250Hz，根據該發動機機體的結構尺寸和機體縫合螺栓部位的振動激勵頻率特征，通過對嵌入式螺母套1的光桿的長度與直徑以及螺桿2的長度和直徑進行優化，螺桿2在安裝狀態下的振動固有頻率為1600Hz,滿足螺桿2在安裝狀態下的振動固有頻率高于發動機機體縫合螺栓部位振動激勵上限頻率20％以上的要求，在此處基礎上，確定的嵌入式螺母套1的光軸直徑為Ф24mm、長度為50mm，確定的嵌入式螺母套的螺紋盲孔6的尺寸為M14×1、深度為32mm，確定的螺桿2的光桿直徑為Ф14mm、長度為145mm，確定的螺桿同嵌入式螺母套1相裝配外螺紋的尺寸為M14×1、長度為30mm，確定的螺桿2同下曲軸箱4相裝配外螺紋的尺寸為M14×1、長度為28mm，確定的上曲軸箱3同嵌入式螺母套1的光軸相裝配的通孔直徑為Ф24mm、長度為52mm，確定的上曲軸箱3同螺桿2相裝配的通孔直徑為Ф15mm、長度為148mm，確定的下曲軸箱4的螺紋盲孔的尺寸為M14×1、深度為32mm。

b、嵌入式螺母套1與螺桿2以及上曲軸箱3和下曲軸箱4連接部位的加工：按照步驟a確定的嵌入式螺母套1與螺桿2以及上曲軸箱3和下曲軸箱4連接部位的尺寸參數，進行嵌入式螺母套1與螺桿2的加工，進行上曲軸箱3和下曲軸箱4連接部位的加工；

c、螺桿2與下曲軸箱4的裝配：將螺桿2通過螺紋旋緊裝配在下曲軸箱4上，螺桿2上用于裝配和拆卸螺桿時所使用的裝夾面8靠近下曲軸箱4，并用扳手夾住螺桿2上的裝夾面8實現螺桿2同下曲軸箱4之間的螺紋旋緊裝配；

d、上曲軸箱3同螺桿2和下曲軸箱4的裝配：將上曲軸箱3安裝在下曲軸箱4上，保證將步驟c中已安裝在下曲軸箱4上的螺桿2放置在上曲軸箱3的通孔中。

e、嵌入式螺母套1同上曲軸箱3和螺桿2的裝配：將嵌入式螺母套1放入上曲軸箱3的通孔中，用扳手夾住嵌入式螺母套1的螺帽5，通過嵌入式螺母套1的內螺紋和螺桿2的上外螺紋7的旋緊裝配將嵌入式螺母套1同上曲軸箱3、螺桿2裝配在一起，實現發動機機體上曲軸箱3和下曲軸箱4的縫合。

以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，并不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明創造的保護范圍之內。