基于再制造发动机的缸体缸盖装配主螺栓拧紧力矩的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及再制造装配质量控制领域，具体地说是一种基于再制造发动机的缸体 缸盖装配主螺栓拧紧力矩的控制方法。
【背景技术】
[0002] 全球资源的日益枯竭和生态环境的日趋恶化促使人类反思传统的工业发展模式， 再制造是工业领域全面推行循环型生产方式的最佳技术。再制造能够让废旧产品中蕴含的 价值得到最大限度的开发和利用，实现制造业绿色低碳和可持续发展。不可否认，再制造产 品也存在着诸多问题，如质量可靠性和安全服役性能难以保障等。如何保证再制造装配质 量，提高再制造产品的整体质量成为当今再制造产业规模化发展的困难所在。
[0003] 再制造发动机装配中，满足精度加工要求的再制造零部件由于在整体装配过程中 按照固定的标准进行装配，没有充分考虑到多场强作用的下的多异质/多变性层再制造零 部件形变及应力变化，使得相关零件装配时的微小误差经尺寸链传递逐步放大。由于再制 造产品达不到理想的装配精度，导致再制造产品安全服役性能大大降低。因此，为保证多异 质/多变性层再制造零部件整体装配精度及性能，亟需再制造装配质量控制技术，保证多 异质/多变性层再制造零部件整体装配精度及性能，使得再制造产品安全服役性能不低于 新品。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了克服现有技术存在的不足之处，提供一种基于再制造发动机的缸体 缸盖装配主螺栓拧紧力矩的控制方法，以期能保证再制造发动机缸体缸盖的气密封，从而 提升再制造发动机的装配质量、精度和性能以及服役安全性。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明一种基于再制造发动机的缸体缸盖装配主螺栓拧紧力矩的控制方法的特 点是按如下步骤进行：
[0007] 步骤一、获得缸体缸盖装配的旋量差：
[0008] 步骤1、建立缸体缸盖的空间坐标系：
[0009] 用b表示缸体、用h表示缸盖；用i表示缸体或缸盖；即i=h或i=b;用rb表 示再制造缸体、用rh表示再制造缸盖；用t表示再制造缸体或再制造缸盖；即t=rh或t =rb；
[0010] 以缸体缸盖的任意主螺栓孔为原点Oi，分别建立三条两两垂直的Xi轴、Yi轴和Zi 轴，从而获得缸体缸盖的空间坐标系Oi-XiYiZi;即缸体空间坐标系为Ob-XbYbZb;缸盖空间坐 标系Oh-XhYhZh;以再制造缸体缸盖的任意主螺栓孔为原点Ot，分别建立三条两两垂直的Xt 轴、Yt轴和Zt轴，从而获得再制造缸体缸盖的空间坐标系Ot-XtYtZt;即再制造缸体空间坐标 系为Ort-XrtYaZa;再制造缸盖空间坐标系OA-X,JrilZril;
[0011] 步骤2、获得理想状态下的缸体缸盖在空间六个自由度上的雅可比旋量公差矩阵 [FR]：
[0012] 步骤2. 1、利用式⑴分别获得缸体缸盖的功能要素[FE]i:
[0013] [FE]!= [QiF1 ? [T] (I)
[0014] 式⑴中，[T]表示公差参数；[QiF1表示方向矢量集合，并有：
[0015] [Qi] = [C1C2C3Ji (2)
[0016] 式⑵中，C1, (：2和C3分别表示公差在所述空间坐标系O^XiYiZi中三个方向的矢 量；
[0017] 步骤2. 2、利用式（3)分别获得缸体缸盖的雅可比矩阵[J]i:
[0018]
【主权项】
1. 一种基于再制造发动机的缸体缸盖装配主螺栓梓紧力矩的控制方法，其特征是按如 下步骤进行： 步骤一、获得缸体缸盖装配的旋量差： 步骤1、建立缸体缸盖的空间坐标系： 用b表示缸体、用h表示缸盖；用i表示缸体或缸盖；即i=h或i=b;用rb表示再制 造缸体、用rh表示再制造缸盖；用t表示再制造缸体或再制造缸盖；即t=rh或t=rb; W缸体缸盖的任意主螺栓孔为原点〇i，分别建立S条两两垂直的Xi轴、Yi轴和Zi轴， 从而获得缸体缸盖的空间坐标系〇i-XiY品;即缸体空间坐标系为0b-XbYbZb;缸盖空间坐标 系〇h-XhYhZh;W再制造缸体缸盖的任意主螺栓孔为原点0t，分别建立S条两两垂直的Xt轴、 Yt轴和Zt轴，从而获得再制造缸体缸盖的空间坐标系0t-XtYtZt;即再制造缸体空间坐标系 为Ofb-XfbYtbZtb巧制造缸盖空间坐标系0th-XfhYri占h; 步骤2、获得理想状态下的缸体缸盖在空间六个自由度上的雅可比旋量公差矩阵 邮]: 步骤2. 1、利用式（1)分别获得缸体缸盖的功能要素[FE]i: [阳]阳 1' [T] (1) 式（1)中，m表示公差参数；阳ir表示方向矢量集合，并有： 咕]=[C1C2C3L(2) 式（2)中，Cl,C2和C3分别表示公差在所述空间坐标系0i-XiY品中立个方向的矢量； 步骤2. 2、利用式（3)分别获得缸体缸盖的雅可比矩阵[J]i:
式（3)中J巧]:表示理想状态下的所述空间坐标系〇i-XiY品相对于所述缸体空间坐标 系〇b-XbYbZb的方向变化矩阵，并有[成]二[CiAA.]，C。，C2济C3汾别表示理想状态下的 所述空间坐标系〇i-XiY在中的Xi轴、Yi轴和Zi轴依次在所述缸体空间坐标系〇b-XbYbZb中 的方向向量；[巧表示理想状态下的所述缸盖空间坐标系〇h-XhYhZh相对于所述空间坐标 系〇i-XiY在的位置变化矩阵，并有：
式（4)中，用dXh，dyh和化h分别表示所述缸盖空间坐标系〇h-XhYhZh的原点〇h依次在 所述缸体空间坐标系〇b-XbYbZb中Xb轴、Yb轴和Zb轴的位置矢量；dxi，dyi和化i分别表示所 述空间坐标系〇i-XiY在的原点0i依次在所述缸体空间坐标系〇b-XbYbZb中Xb轴、Yb轴和Zb 轴的位置矢量；并有如,"=淑A-f/、,，吟奶-啤.,，么,"=龙,,-么,； 步骤2. 3、利用式（5)获得所述理想状态下的缸体缸盖雅可比旋量公差矩阵[F时： [F时=[[J]b[J]h] ? [[FE]b[FE]h]T(5) 步骤3、获得受热场和力场作用下的缸体缸盖在空间六个自由度上的雅可比旋量公差 矩阵[FR']: 步骤3. 1、通过力学计算依次获得缸体缸盖的弯曲形变在所述空间坐标系〇i-XiY在中 绕Xi轴、Yi轴和Zi轴分别产生的旋转量Aa1、AP1、A丫 步骤3. 2、利用式（6)分别获得受热场和力场作用下的缸体缸盖的雅可比矩阵[J' ]i;
式（6)中，[巧]表示受热场和力场作用下的所述空间坐标系〇i-XiY品相对于所述缸体 空间坐标系〇b-XbYbZb的方向变化矩阵，并有：
式（7)中，C' 11，C' 21和C' 31分别表示受热场和力场作用下的所述空间坐标系〇i-XiY品中的Xi轴、Yi轴和Zi轴依次在所述缸体空间坐标系〇b-XbYbZb中的方向向量； 式（7)中，[Cx]为所述空间坐标系〇i-XAZi绕其X轴旋转Aai的转换矩阵，并有；
式（7)中，[Cy]为所述空间坐标系〇i-XAZi绕其y轴旋转A0i的转换矩阵，并有
式（7)中，杞]为所述空间坐标系〇i-XAZi绕其Z轴旋转A丫斯转换矩阵，并有
式做中JK"']表示受热场和力场作用下的所述缸盖空间坐标系〇h-XhYhZh相对于所 述空间坐标系〇i-XiY在的位置变化矩阵，并有；
式（11)中，用dx'h，dy'h和化'h分别表示所述缸盖空间坐标系Oh-XhYiA的原点 〇h依次在所述缸体空间坐标系0b-XbYbZb中Xb轴、Yb轴和Zb轴的位置矢量；dx'i，dy'i和 dz'i分别表示所述空间坐标系0i-XiY品的原点0i依次在所述缸体空间坐标系〇b-XbYbZb中 Xb轴、Yb轴和zb轴的位置矢量；并有乂V;"=斬-如;，斬"=啤-啤.;，么=么;,-么;； 步骤3. 3、受热场和力场作用下的所述缸体缸盖的功能要素[FE' ]i按照式（12)获 得： [阳']i=阳J-1- [T] (。） 步骤3. 4、利用式（13)获得所述受热场和力场作用下的缸体缸盖雅可比旋量公差矩阵 邮']; 邮']=[[J' ]b[J' ]h] ?[[阳']b[阳']h]T(蝴 步骤4、求出受热场和力场作用下的再制造缸体缸盖在空间六个自由度上的雅可比旋 量公差矩阵[FR"]; 步骤4. 1、通过力学计算依次获得再制造缸体缸盖的弯曲形变在所述空间坐标系 〇t-XtYtZt中绕Xt轴、Yt轴和Zt轴分别产生的旋转量Aat、APt、A丫t; 步骤4. 2、利用式（14)获得受热场和力场作用下的再制造缸体缸盖的雅可比矩阵[J" ]t:
式（14)中隶示受热场和力场作用下的所述空间坐标系〇t-XtYtZ湘对于所述再 制造缸体空间坐标系Ofb-XfbYtbZtb的方向变化矩阵，并有：
式（15)中，C"it，C2"t和t分别表示受热场和力场作用下的所述空间坐标系 〇t-XtYtZt中的Xt轴、Yt轴和Zt轴依次在所述再制造缸体空间坐标系0rb-XrbYrbZrb中的方向 向量； 式（巧）中，[C'J为所述空间坐标系〇t-XtYtZt绕其X轴旋转Aat的转换矩阵，并有：
式（15)中；[C'y]为所述空间坐标系〇t-XtYtZt绕其y轴旋转A0t的转换矩阵，并有
式（巧）中，[C'Z]为所述空间坐标系〇t-XtYtZt绕其Z轴旋转A丫t的转换矩阵，并有
式（14)中JW/"]表示受热场和力场作用下的所述再制造缸盖空间坐标系 〇rh-XrhYrl占h相对于所述空间坐标系〇t-XtYtZt的位置变化矩阵，并有：
式（19)中，用dx"th，dy"th和化"th分别表示所述再制造缸盖空间坐标系 〇th-XthYri占h的原点0th依次在所述再制造缸体空间坐标系0tb-XfbYtbZtb中Xtb轴、Ytb轴和 Zfb轴的位置矢量；dx"t，dy"t和化"t分别表示所述空间坐标系0t-XtYtZt的原点0t依 次在所述再制造缸体空间坐标系〇tb-XtbYtbZtb中Xtb轴、Ytb轴和Ztb轴的位置矢量；并有 dx'^h二dxl-献；，dy'r二dyl-dy';，dzi;rh=dz':,,-dz';.， 步骤4. 3、受热场和力场作用下的所述再制造缸体缸盖的功能要素[FE" ]t按照式 (20)获得； [FE" ]t=阳J-1 ? [T] (20) 步骤4. 4、利用式（21)获得所述受热场和力场作用下的再制造缸体缸盖雅可比旋量公 差矩阵[FR']: 邮"]=山"]rb[J" ] J .[[阳"]rb[阳"]JT (21) 步骤5、求出多场强下再制造缸体缸盖的旋量差AFR: 根据式（22)或式（23)获得旋量差AFR; AFR= [FR' ]-[FR" ] (22) AFR= [FR" ]-[FR' ] (23) 步骤二、重复步骤一，从而获得n组旋量差； 步骤=、在再制造缸体缸盖气密性低于K的条件下，根据所述n组旋量差通过手动调 控梓紧力矩分别获得与所述n组旋量差相对应的n组最佳梓紧力矩矩范围值； 步骤四、利用二元拉格朗日插值法对所述n组旋量差W及与所述n组旋量差相对应的n组最佳梓紧力矩范围值进行拟合，获得梓紧力矩值调控模型； W所述梓紧力矩值调控模型获得最佳梓紧力矩值，从而实现再制造发动机缸体缸盖装 配主螺栓梓紧力矩的控制方法。
【专利摘要】本发明公开了一种基于再制造发动机的缸体缸盖装配主螺栓拧紧力矩的控制方法，其特征是按如下步骤进行：1、利用雅可比旋量模型获得n组缸体缸盖装配的旋量差；2根据n组旋量差通过手动调控拧紧力矩分别获得与n组旋量差相对应的n组最佳拧紧力矩范围值；3利用二元拉格朗日插值法对n组旋量差以及与n组旋量差相对应的n组最佳拧紧力矩范围值进行拟合，获得拧紧力矩值调控模型；以拧紧力矩值调控模型获得任意旋量差相对应的最佳拧紧力矩值，从而实现再制造发动机缸体缸盖装配主螺栓拧紧力矩的控制方法。本发明能保证再制造发动机缸体缸盖的气密封，从而提升再制造发动机的装配质量、精度和性能以及服役安全性。
【IPC分类】G05D17-02
【公开号】CN104793657
【申请号】CN201510154590
【发明人】刘明周, 庞凯, 刘从虎, 葛茂根, 沈维蕾, 张媛, 王少明, 邵将, 田双
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月2日