1、SummaryPurpose The ISDe engine local cylinder head capscrew preload was performed to validate whether preload could meet the requirement of assembly specification (81KN6KN). This file documented the ISDe engine local cylinder head capscrew preload measurement result.目的為了驗證ISDe發動機國產缸蓋螺栓擰緊后產生的預緊力是否滿足安

2、裝規范要求(81KN6KN)，本次試驗對ISDe發動機國產缸蓋螺栓預緊力進行了測試。本文件歸檔ISDe發動機國產缸蓋螺栓預緊力測試結果。Conclusions1: According to assembly specification, the thread below the hex flange of cylinder head capscrew only should be lubricated .But the actual condition was that the bottom surface of hex flange was lubricated wrongly in the

3、 first group. The bottom surface of the hex flange was what was called bearing surface .It leaded the decrease of friction coefficient. So the data of the first one was unauthentic.2：By analysing the data of preload which dont include the data from the first one，Cpk of preload for the next five engi

4、nes were 0.95, 0.98, 2.21, 1.87, and 1.89. The data of the case show that the engines assembled the same local cylinder head capscrews matching local cylinder gaskets had better process capability than the ones matching imported cylinder gaskets. 3：Because the local cylinder head capscrews bottom su

5、rface of hex flange was lubricated in the first group which didnt match the assembly specification. So by analysing the data of preload which didnt include the first group, the average preload was 80.475KN ，the variation of preload was between 75KN and 87KN. The preload met the assembly specificatio

6、n.結論1：根據安裝規范,缸蓋螺栓應僅潤滑六角法蘭以下的螺紋區域, 但實際情況是，第一組的螺栓六角法蘭下端面被錯誤的潤滑了，六角法蘭下端面即所謂的承壓面，這導致了摩擦系數的降低。因此第一組的數據是不可信的。2：通過對排除第一組份數據的預緊力數據分析，后五臺發動機螺栓預緊力Cpk值分別是0.95, 0.98, 2.21, 1.87, 1.89。本例中的數據表明：裝配同一種發動機國產缸蓋螺栓配合國產缸墊所表現出的過程控制能力優于配合進口缸墊所表現出的過程控制能力。3: 因為第一臺發動機國產缸蓋螺栓的六角法蘭下端面得到潤滑,這不符合安裝規范，因此通過對不包含第一組的預緊力數據分析，預緊力平均值是80

7、.475KN。預緊力在75KN和87KN之間。預緊力符合安裝規范。ActionsFor document下一步行動存檔End of Summary1.0試驗方法 由于在發動機上無法直接測量缸蓋螺栓裝配后的預緊力，因此采用超聲波法測量缸蓋螺栓伸長量，從而間接計算得到缸蓋螺栓預緊力。具體步驟為：（1）先在試驗室對同一批螺栓擰緊過程中的預緊力伸長量關系進行標定；（2）對擬裝配缸蓋螺栓測量螺栓的原始長度；（3）當缸蓋螺栓在發動機上按照規范擰緊后，再測量缸蓋螺栓的伸長量；（4）根據在試驗室標定的螺栓預緊力伸長量關系確定螺栓的當量預緊力。1.1預緊力伸長量試驗室標定1.1.1 試驗條件1.1.1.1 待試

8、螺栓螺栓零件號：3927063螺紋規格：M121.75-6g；桿部長度：130mm；細桿部直徑：10.830.1mm螺栓材料：SCM435螺栓強度等級：12.9螺栓表面處理：磷化處理螺栓生產廠家：東風汽車緊固件有限公司 1.1.1.2 陪試件條件陪試件均直接采用缸蓋和缸體材料制造。墊片材料：HT250墊片表面粗糙度要求：Ra3.2墊片表面處理：無墊片內孔直徑：14mm墊片內孔倒角處直徑：16mm螺母規格：M121.756H螺母材料：HT250螺母表面處理：無1.1.1.3 試驗條件夾持高度：112.25mm擰緊轉速：5r/min潤滑方式：螺紋部分涂15W40潤滑油試驗螺栓、陪試墊片、陪試螺母均

9、只使用一次。1.1.1.4 環境條件溫度：16 濕度：40RH1.1.1.5 試驗機配置及精度試驗機：Schatz-Analyse 螺紋緊固件試驗分析系統試驗機規格：54132777扭矩轉角傳感器型號及測量精度：5413-1200/500-S 0.5%軸向力螺紋扭矩傳感器型號及測量精度：5413-1963A/150 100kN/150Nm 0.5%1.2 螺栓預緊力伸長量標定結果表1 缸蓋螺栓預緊力伸長量標定數據預緊力KN伸長量mm123456平均植400.26950.26780.26230.27160.26300.27530.2683500.33780.33410.33470.33750.3

10、3380.34280.3368600.40660.40560.40720.40680.40420.41040.4068700.48050.48070.48350.48570.47960.48410.4824800.56250.56070.56850.56520.56070.56290.5634900.68260.66360.68200.68710.67780.67720.6784圖 1 缸蓋螺栓預緊力伸長量標定數據的平均值曲線1.3 預緊力伸長量標定結果分析由圖1可以看出缸蓋螺栓的裝配預緊力在80KN以下處于一段線性階段；對于80-90KN的一段，采用另一段的線性段。因此對于測得的螺栓伸長量(

11、mm)可以按如下公式計算預緊力(KN)： Clamp force = 1.81 + 262 L (L 0.5636) = 70.8732+ (L-0.2636) 9.6540/0.1139 (0.5636L0.6784 )1.4 發動機裝配后預緊力測量 2008年3月26日在西區裝配現場對6臺ISDe四缸機缸蓋螺栓裝配后的伸長量進行了測量。6臺ISDe四缸機全部是采用的東風汽車緊固件有限公司螺栓。1.4.1 缸蓋螺栓裝配條件缸蓋總成零件號: 缸體零件號: 進口氣缸墊零件號: 國產氣缸墊零件號: 擰緊機生產廠家：擰緊機扭矩控制精度：3%擰緊機角度控制精度：1螺栓潤滑方式：螺栓擰緊工藝步驟如下：S

12、tep1：擰緊至70Nm6NmStep2：松開3605Step3：擰緊至105Nm 3NmStep4：再擰緊905監控力矩:135Nm200Nm裝配預緊力：81KN6KN1.4.2 缸蓋螺栓位置及編號 將每臺發動機使用的缸蓋螺栓由1到18編號，不同號碼的螺栓在發動機上位置如圖2所示。圖 2 缸蓋螺栓在發動機上位置及編號排氣管側432156789141312111015161718進氣管側1.4.3 六臺發動機缸蓋螺栓現場伸長量測量數據在ISDe發動機裝配車間對6臺四缸發動機缸蓋螺栓的原長裝配后的伸長量擰緊力矩、松開后的殘余伸長量進行測量,測量數據見表2表4表 2 六臺發動機缸蓋螺栓伸長量測量數

13、據第一臺（進口缸墊）第二臺（進口缸墊）螺栓編號原長mm伸長量 mm力矩Nm殘余伸長量mm預緊力KN原長mm伸長量 mm力矩Nm殘余伸長量mm預緊力KN1141.11320.6530164.30.073287.9234141.12100.5849178.20.037082.15142141.08390.6421167.80.061386.9995141.15340.5946166.00.038782.97353141.07040.6501166.10.067387.6776141.05480.5769182.00.036581.47334141.19180.6299169.30.056785.9

14、655141.18150.5735177.20.027881.18515141.18290.6104167.10.046884.3127141.16620.5395180.50.016277.09256141.18890.6172171.30.047084.8891141.06750.5767171.50.031981.45637141.15430.6210172.50.049785.2111141.17030.5495178.90.024278.44258141.14080.6304168.30.052786.0079141.02950.5637177.60.029280.35459141.

15、05610.6326174.90.057186.1943141.12130.5865176.50.032282.287010141.15200.6420169.20.060486.9911141.10780.5622180.30.032880.157011141.06750.6362165.70.059386.4995141.16880.5653171.30.026680.490112141.08890.6404168.50.054286.8555141.15570.5661173.10.030480.557913141.06290.6433166.10.061487.1013141.0586

16、0.5653174.90.029980.490114141.14350.6219171.30.062785.2874141.16090.5436169.70.022977.646015141.14950.6089167.90.046984.1856141.07520.5553173.10.028379.225516141.11720.6073170.50.045484.0499141.08200.5438170.30.018577.673017141.11090.5552172.70.011679.2120141.50370.5674167.90.025480.668118141.10430.

17、5876184.60.032482.3802141.11050.5439173.40.024877.6865平均值0.6239169.90.052685.43020.5644174.60.028580.1117標準差0.02424.62.11950.01624.61.7715表 3 六臺發動機缸蓋螺栓伸長量測量數據第三臺（進口缸墊）第四臺（國產缸墊）螺栓編號原長mm伸長量 mm力矩Nm殘余伸長量mm預緊力KN原長mm伸長量 mm力矩Nm殘余伸長量mm預緊力KN1141.07490.5611177.00.021580.0085141.08180.5811177.40.040781.8293214

18、1.20120.5657172.70.019380.5240141.04560.5823174.10.035481.93103141.10460.5813178.10.032881.8462141.03780.5803169.30.034981.76154141.08910.5751175.20.033581.3207141.11850.5839169.70.037682.06665141.09300.5556171.90.242079.2660141.01260.5658175.10.033180.53256141.13230.5503184.20.017278.5505141.08100.

19、5943179.70.035082.94817141.11950.5459182.70.007577.9565141.09690.5712177.30.036880.99028141.17350.5653173.30.024880.4901141.09330.5749175.00.033181.30389141.10880.5598176.90.020779.8330141.07850.5674179.50.035880.668110141.17780.5501172.40.012978.5235141.02870.5827175.40.031881.964911141.09820.54261

20、73.70.013177.5110141.02610.579170.90.033981.651312141.14090.5675165.90.025580.6766141.07770.5736173.10.026281.193613141.07040.5702173.10.024780.9054141.12840.5828176.30.034481.973414141.07650.5579174.70.024279.5765141.08420.5667172.90.032580.608815141.16820.5415176.50.015277.3625141.00820.5679171.30

21、.030180.710516141.15950.5658171.30.023980.5325141.08200.5611176.50.032180.008517141.13830.5386186.60.016976.9710141.02230.5711178.10.034580.981718141.11890.5452168.70.021677.8620141.05570.5567180.30.027679.4145平均值0.5578175.30.021179.42870.5746175.10.033681.2521標準差0.01235.21.48430.00953.40.8547表 4 六臺

22、發動機缸蓋螺栓伸長量測量數據第五臺（國產缸墊）第六臺（國產缸墊）螺栓編號原長mm伸長量 mm力矩Nm殘余伸長量mm預緊力KN原長mm伸長量 mm力矩Nm殘余伸長量mm預緊力KN1141.17230.5892178.40.031482.5158141.13800.5765167.80.036481.43942141.12280.5707169.40.026780.9478141.03370.5799168.40.035181.72763141.11450.5798176.30.029381.7191141.07200.5706181.60.027680.93934141.16740.575218

23、2.20.029781.3292141.07920.5837176.80.036682.04965141.09900.5562181.30.026079.3470141.04020.5701178.90.032880.89696141.11050.5648178.90.029180.4477141.12940.5675175.10.028980.67667141.01330.5762175.70.030181.4140141.07570.5681171.70.028580.72748141.15190.5759169.70.027181.3885141.07680.5696175.60.027

24、880.85469141.06630.5596180.30.027379.8060141.11300.5626174.30.032280.211010141.14080.5545181.70.019379.1175141.05460.5539174.80.023179.036511141.00890.5756173.10.034581.3631141.01100.5842167.10.031882.092012141.12510.5824172.30.030181.9395141.13470.5942163.10.037082.939613141.16010.5678169.50.030580

25、.7020141.18890.5618170.50.019380.103014141.00600.5535176.10.028078.9825141.11410.5812167.70.034981.837815141.12450.5672169.30.031280.6511141.99270.5556172.10.030979.266016141.08560.5701175.10.024280.8969141.10760.5711163.10.031480.981717141.04640.5656173.70.026780.5155141.98040.5619172.30.031580.116

26、518141.10120.5583173.40.026379.6305141.09390.5599170.80.033979.8465平均值0.5690175.40.028280.70630.5707171.80.031180.8746標準差0.01014.41.00350.01095.01.02362.0數據處理過程下文闡述中所列的英文和數字的表達意思如下：elongation代表伸長量；length代表原長；clamp force代表預緊力；torque代表擰緊力矩；1，2，3，4，5，6分別代表6臺不同發動機；范例1：elongation1表示第一臺發動機上缸蓋螺栓的伸長量。范例2：cl

27、amp force2表示第二臺發動機上缸蓋螺栓的預緊力。凡此種種，依例類推。2.1分析各臺缸蓋螺栓數據是否正態分布理論上同一批次螺栓的相關數據應該服從正態分布，現利用統計分析軟件Minitab對以上結果進行分析。分析數據包括伸長量；原長；預緊力；擰緊力矩。其中伸長量；原長；擰緊力矩為測量所得；預緊力為根據標定結果計算所得。分析步驟：Minitab -stat -basic statistics-normality test分析結果如下，如圖所示：六臺發動機缸蓋螺栓相關數據的分析圖結果分析：1. 六臺發動機的缸蓋螺栓的預緊力和伸長量全部服從正態分布。2第一臺發動機的缸蓋螺栓擰緊力矩不服從正態分布

28、。其余五臺發動機的服從正態分布。3.第二臺和第六臺發動機的缸蓋螺栓原長不服從正態分布。2.2 過程能力分析2.2.1 各臺缸蓋螺栓預緊力過程能力分析 六臺發動機使用的是同一批次缸蓋螺栓,在同一臺螺栓擰緊機上擰緊,前三臺采用的是進口缸墊,后三臺采用的是國產缸墊。分析步驟：Minitab-Stat-quantity tools-capability analysis-normal預緊力過程能力分析如下圖所示缸蓋螺栓預緊力過程能力分析結果分析：分別分析六臺發動機缸蓋螺栓預緊力的過程能力，六臺發動機Cpk值分別為0.24, 0.95, 0.98, 2.21, 1.87, 1.89。第一臺發動機Cpk過

29、低與螺栓的潤滑不符合安裝規范有關。缸蓋螺栓應僅潤滑六角法蘭以下的螺紋區域, 但實際情況是，第一組的六角法蘭下端面也潤滑了，導致了摩擦系數的降低。配合進口缸墊的三臺發動機國產缸蓋螺栓預緊力的過程控制不好,配合國產缸墊的三臺發動機國產缸蓋螺栓預緊力的過程控制較好，并優于配合進口缸墊的三臺發動機國產缸蓋螺栓預緊力的過程控制。2.2.2 各臺缸蓋螺栓擰緊力矩的過程能力分析分析步驟：Minitab-Stat-quantity tools-capability analysis-normal自動擰緊機的扭矩監控范圍是135200N.m結果分析：由于第一臺缸蓋螺栓的擰緊力矩不符合正態分布的，因此第一臺的Cp

30、k數據是無效的,所以后五臺發動機缸蓋螺栓擰緊力矩Cpk為1.81，1.56，2.41，1.84，1.84，表明無論是配合進口缸墊，還是配合國產缸墊，國產缸蓋螺栓擰緊力矩都具有很好的過程控制能力。2.3 分析各臺缸蓋螺栓預緊力及擰緊力矩的差異性根據理論可知：因為螺栓為同一批次，并且擰緊過程相同，所以各組的伸長量; 擰緊扭矩; 等應該在統計上表現為一致，而且因為預緊力與伸長量之間有一次線性關系，所以本報告僅利用Minitab對預緊力及擰緊扭矩進行分析。前三臺缸蓋螺栓配合進口缸墊，后三臺缸蓋螺栓配合國產缸墊。 分析步驟：Minitab-stat-anova-oneway 結果如下： 后五臺發動機缸蓋

31、螺栓預緊力差異性分析單因子方差分析: clamp force與 不同發動機來源 自由度 SS MS F P不同發動機 4 36.79 9.20 5.66 0.000誤差 85 138.15 1.63合計 89 174.94S = 1.275 R-Sq = 21.03% R-Sq（調整） = 17.31% 平均值（基于合并標準差）的單組 95% 置信區間水平 N 平均值 標準差 -+-+-+-+-clamp force 2 18 80.112 1.771 (-*-)clamp force 3 18 79.429 1.484 (-*-)clamp force 4 18 81.252 0.855 (

32、-*-)clamp force 5 18 80.706 1.003 (-*-)clamp force 6 18 80.875 1.024 (-*-) -+-+-+-+- 79.20 80.00 80.80 81.60合并標準差 = 1.275 后四臺發動機缸蓋螺栓預緊力差異性分析單因子方差分析: clamp force 與 不同發動機來源 自由度 SS MS F P不同發動機 3 33.82 11.27 9.04 0.000誤差 68 84.80 1.25合計 71 118.63S = 1.117 R-Sq = 28.51% R-Sq（調整） = 25.36% 平均值（基于合并標準差）的單組

33、95% 置信區間水平 N 平均值 標準差 -+-+-+-+-clamp force 3 18 79.429 1.484 (-*-)clamp force 4 18 81.252 0.855 (-*-)clamp force 5 18 80.706 1.003 (-*-)clamp force 6 18 80.875 1.024 (-*-) -+-+-+-+- 79.20 80.00 80.80 81.60合并標準差 = 1.11后三臺發動機缸蓋螺栓預緊力差異性分析單因子方差分析: clamp force 與 不同發動機來源 自由度 SS MS F P不同發動機 2 2.812 1.406 1.

34、51 0.230誤差 51 47.349 0.928合計 53 50.162S = 0.9635 R-Sq = 5.61% R-Sq（調整） = 1.90% 平均值（基于合并標準差）的單組 95% 置信區間水平 N 平均值 標準差 -+-+-+-+-clamp force 4 18 81.252 0.855 (-*-)clamp force 5 18 80.706 1.003 (-*-)clamp force 6 18 80.875 1.024 (-*-) -+-+-+-+- 80.40 80.80 81.20 81.60合并標準差 = 0.964 第二臺和后三臺發動機缸蓋螺栓預緊力差異性分析

35、單因子方差分析: clamp force 與 不同發動機來源 自由度 SS MS F P不同發動機 3 12.17 4.06 2.74 0.050誤差 68 100.70 1.48合計 71 112.87S = 1.217 R-Sq = 10.78% R-Sq（調整） = 6.85% 平均值（基于合并標準差）的單組 95% 置信區間水平 N 平均值 標準差 -+-+-+-+-clamp force 2 18 80.112 1.771 (-*-)clamp force 4 18 81.252 0.855 (-*-)clamp force 5 18 80.706 1.003 (-*-)clamp

36、force 6 18 80.875 1.024 (-*-) -+-+-+-+- 79.80 80.40 81.00 81.60合并標準差 = 1.217 第二臺和第三臺發動機缸蓋螺栓預緊力差異性分析單因子方差分析: clamp force 與 不同發動機來源 自由度 SS MS F P不同發動機 1 4.20 4.20 1.57 0.218誤差 34 90.80 2.67合計 35 95.00S = 1.634 R-Sq = 4.42% R-Sq(調整) = 1.61% 平均值（基于合并標準差）的單組 95% 置信區間 水平 N 平均值 標準差 -+-+-+-+clamp force 2 18

37、 80.112 1.771 (-*-)clamp force 3 18 79.429 1.484 (-*-) -+-+-+-+ 79.20 79.80 80.40 81.00合并標準差 = 1.634 結果分析：本例中表明采用不同的缸墊對缸蓋螺栓預緊力是有影響的，配合不同缸墊的同種國產缸蓋螺栓的預緊力在95%的置信區間有顯著性差異，配合相同國產缸墊的同種國產缸蓋螺栓預緊力在95%的置信區間無顯著性差異；配合相同進口缸墊的同種國產缸蓋螺栓預緊力在95%的置信區間無顯著性差異。后五臺發動機缸蓋螺栓擰緊力矩差異性分析單因子方差分析: torque 與 不同發動機來源 自由度 SS MS F P不同發動機 4 165.0 41.2 1.97 0.107誤差 85 1781.1 21.0合計 89 1946.1S = 4.578 R-Sq = 8.48% R-Sq（調整） = 4.17% 平均值（基于合并