一种嵌入式发动机机体缝合螺栓结构及其装配工艺的制作方法

本发明属于发动机结构设计领域，具体涉及一种嵌入式发动机机体缝合螺栓结构及其装配工艺。

背景技术：

机体是柴油发动机的骨架，其主要功能是支撑发动机的运动件，并形成水道与油道，保证发动机冷却与润滑的需要。机体还是发动机各种附件安装的主要载体，同时作为发动机机在车体上安装的支座。柴油发动机机体主要由上曲轴箱、下曲轴箱、机体缝合螺栓、主轴瓦、喷油泵传动衬套等零部件组成。

柴油发动机机体主要通过缝合螺栓实现上曲轴箱与下曲轴箱的连接，机体缝合螺栓是发动机的关键零部件。机体缝合螺栓的可靠性不仅直接影响着机体的可靠性，而且还会影响到柴油机的冷却与润滑性能。机体缝合螺栓随发动机在使用过程中一旦发生故障，将导致机体与气缸盖传动端结合面漏油、上下曲轴箱结合面漏油等故障，严重时还会引发其他更大的故障。

由于受柴油发动机机体结构的限制，用于连接发动机上下曲轴箱的机体缝合螺栓通常只能采用细长的高强度螺栓。机体缝合螺栓虽然抗拉强度较大，但是由于发动机在工作过程中会产生振动载荷，当机体缝合螺栓在安装状态下的某一阶振动固有频率等于或接近发动机机体缝合部位的振动激励频率时，机体缝合螺栓便会产生共振，进而引发振动疲劳断裂。

因此，针对柴油机发动机机体的结构特点，通过合理设计机体缝合螺栓结构，有效避免机体缝合螺栓在安装状态下发生由共振导致的振动疲劳断裂，是提高发动机机体缝合结构可靠性的关键。

技术实现要素：

本发明提出一种嵌入式发动机机体缝合螺栓结构，由嵌入式螺母套、螺杆、上曲轴箱和下曲轴箱装配而成，可实现发动机机体上曲轴箱和下曲轴箱的可靠缝合。

本发明的技术方案：

一种嵌入式发动机机体缝合螺栓结构，包括嵌入式螺母套、螺杆、上曲轴箱和下曲轴箱；所述嵌入式螺母套的顶部有用于装配和拆卸时所夹紧的螺帽，螺帽下部为同上曲轴箱相装配的光轴，所述嵌入式螺母套的光轴的另一端设有螺纹盲孔，所述嵌入式螺母套的螺帽与光轴的过渡部位设有过渡圆角；

所述螺杆的一端有同嵌入式螺母套的螺纹盲孔相装配的上外螺纹，所述螺杆的另一端有同下曲轴箱的螺纹孔相装配的下外螺纹，所述螺杆的光杆部位靠近下外螺纹的一侧上有用于装配和拆卸螺杆时所使用的装夹面；

所述上曲轴箱上有同嵌入式螺母套的光轴和螺杆相装配的通孔，所述下曲轴箱上有同螺杆的下外螺纹相装配的螺纹盲孔；所述螺杆通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱上，所述上曲轴箱安装在下曲轴箱上并使螺杆放置在上曲轴箱的通孔中，所述嵌入式螺母套装配在上曲轴箱的通孔中并同螺杆通过螺纹旋紧装配实现上曲轴箱和下曲轴箱的缝合。

上述嵌入式发动机机体缝合螺栓结构的装配工艺，包括以下步骤：

a、确定嵌入式螺母套与螺杆以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的尺寸参数：根据发动机机体的结构尺寸参数和机体缝合螺栓部位的振动激励频率，首先采用有限元计算方法确定机体缝合螺栓结构在安装状态下螺杆的振动固有频率，通过优化嵌入式螺母套光杆的长度与直径以及螺杆的长度和直径，保证螺杆在安装状态下的振动固有频率高于发动机机体缝合螺栓部位的振动激励上限频率20％以上，在此处基础上，确定嵌入式螺母套的螺帽、光轴、螺纹盲孔以及螺帽与光轴过渡圆角的尺寸，确定螺杆的光杆、外螺纹和装夹面尺寸，确定上曲轴箱同嵌入式螺母套光轴和螺杆相装配的通孔的尺寸，确定下曲轴箱同螺杆的外螺纹相装配的螺纹盲孔的尺寸；

b、嵌入式螺母套与螺杆以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的加工：按照步骤a确定的嵌入式螺母套与螺杆以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的尺寸参数，进行嵌入式螺母套与螺杆的加工，进行上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的加工；

c、螺杆与下曲轴箱的装配：将螺杆通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱上，螺杆上用于装配和拆卸螺杆时所使用的装夹面靠近下曲轴箱，并用扳手夹住螺杆上的装夹面实现螺杆同下曲轴箱之间的螺纹旋紧装配；

d、上曲轴箱同螺杆和下曲轴箱的装配：将上曲轴箱安装在下曲轴箱上，保证将步骤c中已安装在下曲轴箱上的螺杆放置在上曲轴箱的通孔中。

e、嵌入式螺母套同上曲轴箱和螺杆的装配：将嵌入式螺母套放入上曲轴箱的通孔中，用扳手夹住嵌入式螺母套的螺帽，通过嵌入式螺母套内螺纹和螺杆外螺纹的旋紧装配将嵌入式螺母套同上曲轴箱、螺杆装配在一起，实现发动机机体上曲轴箱和下曲轴箱的缝合。

本发明的有益效果是：

本发明嵌入式发动机机体缝合螺栓结构，采用嵌入式螺母套与螺杆组合的螺栓连接结构，根据发动机机体结构尺寸参数，在确定嵌入式螺母套与螺杆以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位尺寸的基础上，通过嵌入式螺母套与螺杆以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的加工与装配，可实现发动机机体上曲轴箱和下曲轴箱的可靠缝合。螺母套采用嵌入式结构可以缩短螺杆长度，大幅提高螺杆在安装状态下的振动固有频率，有效防止机体缝合螺栓结构出现由共振导致的疲劳断裂现象，显著提高机体结构的可靠性。嵌入式螺母套上的螺纹孔为盲孔，可有效提高嵌入式螺母套的强度；嵌入式螺母套顶部有螺帽，便于嵌入式螺母套以及机体缝合螺栓结构的装配和拆卸。螺杆的光杆部位有装夹面，便于螺杆的装配与拆卸。在确定嵌入式螺母套与螺杆以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的尺寸参数时，运用有限元方法通过优化嵌入式螺母套光杆的长度与直径以及螺杆的长度和直径，并使螺杆在安装状态下的振动固有频率高于发动机机体缝合螺栓部位的振动激励上限频率20％以上，可以保证螺杆在加工和装配过程中即使存在一定的误差也能够满足在实际安装状态下的振动固有频率高于发动机机体缝合螺栓部位的振动激励上限频率，有效防止螺杆发生共振，充分保证机体缝合结构的可靠性。

附图说明

图1是嵌入式螺母套结构示意图。

图2是螺杆结构示意图。

图3是嵌入式发动机机体缝合螺栓结构示意图。

1嵌入式螺母套 2螺杆 3上曲轴箱 4下曲轴箱 5螺帽

6螺纹盲孔 7上外螺纹 8装夹面 9下外螺纹

具体实施方式

一种嵌入式发动机机体缝合螺栓结构，包括嵌入式螺母套1、螺杆2、上曲轴箱3和下曲轴箱4。所述嵌入式螺母套1有用于装配和拆卸时所夹紧的螺帽5，所述嵌入式螺母套1上有同上曲轴箱3相装配的光轴，所述嵌入式螺母套1的光轴上有同螺杆2的螺纹7相装配的螺纹盲孔6，所述嵌入式螺母套1的螺帽5与光轴过渡部位有过渡圆角，如图1所示；所述螺杆2的一端有同嵌入式螺母套1的螺纹盲孔6相装配的上外螺纹7，所述螺杆2的另一端有同下曲轴箱4的螺纹孔相装配的下外螺纹9，所述螺杆2的光杆部位靠近下外螺纹9的一侧上有用于装配和拆卸螺杆2时所使用的装夹面8，如图2所示；所述上曲轴箱3上有同嵌入式螺母套1的光轴和螺杆2相装配的通孔，所述下曲轴箱4上有同螺杆2的下外螺纹9相装配的螺纹盲孔；所述螺杆2通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱4上，所述上曲轴箱3安装在下曲轴箱4上并使螺杆2放置在上曲轴箱3的通孔中，所述嵌入式螺母套1装配在上曲轴箱3的通孔中并同螺杆2通过螺纹旋紧装配实现上曲轴箱3和下曲轴箱4的缝合，如图3所示。

上述嵌入式发动机机体缝合螺栓结构的装配工艺，包括以下步骤：

a、确定嵌入式螺母套1与螺杆2以及上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的尺寸参数：

根据发动机机体的结构尺寸参数和机体缝合螺栓部位的振动激励频率，首先采用有限元计算方法确定机体缝合螺栓结构在安装状态下螺杆2的振动固有频率，通过优化嵌入式螺母套1的光杆的长度与直径以及螺杆的长度和直径，保证螺杆2在安装状态下的振动固有频率高于发动机机体缝合螺栓部位的振动激励上限频率20％以上，在此处基础上，确定嵌入式螺母套1的螺帽5、光轴、螺纹盲孔6以及螺帽5与光轴过渡圆角的尺寸，确定螺杆2的光杆、上下两个外螺纹和装夹面8的尺寸，确定上曲轴箱3同嵌入式螺母套1的光轴和螺杆2相装配的通孔的尺寸，确定下曲轴箱4同螺杆2的下外螺纹9相装配的螺纹盲孔的尺寸；

例如，某发动机机体缝合螺栓部位的振动激励频率范围为0-1250Hz，根据该发动机机体的结构尺寸和机体缝合螺栓部位的振动激励频率特征，通过对嵌入式螺母套1的光杆的长度与直径以及螺杆2的长度和直径进行优化，螺杆2在安装状态下的振动固有频率为1600Hz,满足螺杆2在安装状态下的振动固有频率高于发动机机体缝合螺栓部位振动激励上限频率20％以上的要求，在此处基础上，确定的嵌入式螺母套1的光轴直径为Ф24mm、长度为50mm，确定的嵌入式螺母套的螺纹盲孔6的尺寸为M14×1、深度为32mm，确定的螺杆2的光杆直径为Ф14mm、长度为145mm，确定的螺杆同嵌入式螺母套1相装配外螺纹的尺寸为M14×1、长度为30mm，确定的螺杆2同下曲轴箱4相装配外螺纹的尺寸为M14×1、长度为28mm，确定的上曲轴箱3同嵌入式螺母套1的光轴相装配的通孔直径为Ф24mm、长度为52mm，确定的上曲轴箱3同螺杆2相装配的通孔直径为Ф15mm、长度为148mm，确定的下曲轴箱4的螺纹盲孔的尺寸为M14×1、深度为32mm。

b、嵌入式螺母套1与螺杆2以及上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的加工：按照步骤a确定的嵌入式螺母套1与螺杆2以及上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的尺寸参数，进行嵌入式螺母套1与螺杆2的加工，进行上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的加工；

c、螺杆2与下曲轴箱4的装配：将螺杆2通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱4上，螺杆2上用于装配和拆卸螺杆时所使用的装夹面8靠近下曲轴箱4，并用扳手夹住螺杆2上的装夹面8实现螺杆2同下曲轴箱4之间的螺纹旋紧装配；

d、上曲轴箱3同螺杆2和下曲轴箱4的装配：将上曲轴箱3安装在下曲轴箱4上，保证将步骤c中已安装在下曲轴箱4上的螺杆2放置在上曲轴箱3的通孔中。

e、嵌入式螺母套1同上曲轴箱3和螺杆2的装配：将嵌入式螺母套1放入上曲轴箱3的通孔中，用扳手夹住嵌入式螺母套1的螺帽5，通过嵌入式螺母套1的内螺纹和螺杆2的上外螺纹7的旋紧装配将嵌入式螺母套1同上曲轴箱3、螺杆2装配在一起，实现发动机机体上曲轴箱3和下曲轴箱4的缝合。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。