專利名稱：螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置。
背景技術(shù)：
有關(guān)螺栓緊固方法，例如日本專利公開公報特開平10-299740號中提出了一種將螺栓 暫且緊固至其塑性區(qū)之后，再將該塑性區(qū)的螺栓松弛指定角度以上的螺栓緊固方法。采用 該方法，即便外力(熱狀態(tài)時的熱應(yīng)力)作用于螺栓，也能夠防止螺栓發(fā)生塑性伸展，即便 作用于螺栓的外力消除，返回到初始狀態(tài)(冷狀態(tài)時的收縮)，螺栓的緊固軸向力(作用于軸 方向的拉力)也不會下降。另外，作為螺栓緊固方法，已知有塑性區(qū)角度法。該塑性區(qū)角度法是將螺栓緊固至設(shè) 定扭矩之后，再將其緊固至設(shè)定緊固角度從而進入塑性區(qū)的方法，采用該方法，雖然在緊 固至設(shè)定扭矩的過程中緊固軸向力會有波動，但通過在塑性區(qū)的緊固，緊固軸向力最終達 到一定。然而，在利用塑性區(qū)角度法進行緊固的情況下，當(dāng)作用有熱應(yīng)力等外力時，螺栓 會發(fā)生塑性伸展，此時即便外力消除，螺栓也不會返回初始狀態(tài)，因此該外力消除時，螺 栓的緊固軸向力下降。作為特別針對上述問題的對策，可考慮進行基于彈性區(qū)扭矩法、彈性區(qū)角度法的彈性 區(qū)緊固。這是因為，如果進行這種彈性區(qū)緊固，則螺栓隨著外力的作用、消除而膨脹、收 縮而不會發(fā)生塑性變形，由此，在外力消除時，螺栓的緊固軸向力也不會下降。但是，在螺栓緊固時，除了螺栓之外還存在被緊固部件，該被緊固部件中通常有硬度 低于螺栓的部件，即便被緊固部件也在彈性區(qū)內(nèi)使用，由于熱應(yīng)力等外力的作用，被緊固 部件也有可能發(fā)生塑性變形。因此，當(dāng)被緊固部件發(fā)生塑性變形時，即便外力消除，被緊 固部件的收縮也被抑制，導(dǎo)致螺栓的緊固軸向力下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種克服了上述問題的螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠防止因緊固部件的塑性變形引起的螺栓的緊固 軸向力下降的螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置。本發(fā)明的螺栓緊固方法，是利用螺栓緊固被緊固部件的螺栓緊固方法，其特征在于， 包括初期緊固工序，通過上述螺栓的彈性區(qū)內(nèi)的緊固，使上述被緊固部件發(fā)生塑性變形: 以及最終緊固工序，在上述初期緊固工序之后，相對于該初期緊固工序時松弛上述螺栓， 在使該螺栓及上述被緊固部件處于彈性區(qū)的狀態(tài)下，形成由該螺栓緊固該被緊固部件的狀 態(tài)。采用本發(fā)明，通過在初期緊固工序中的螺栓的緊固，使被緊固部件(螺栓支承面)發(fā)生 塑性變形，便能夠提高被緊固部件的彈性極限(耐塑性變形極限)(彈性區(qū)的擴大)，在最終緊 固工序之后即便有外力作用(例如熱應(yīng)力負載)，也能夠抑制被緊固部件的塑性變形。因此， 即便外力消除(例如熱應(yīng)力卸荷)，也能夠抑制基于緊固部件的塑性變形引起的螺栓的緊固 軸向力的下降。當(dāng)然，此時，對于螺栓，由于進行的是在其彈性區(qū)的緊固，并且其硬度高 于被緊固部件，因而其不會在外力作用下發(fā)生塑性變形。因此，不會因螺栓的塑性變形而 導(dǎo)致螺栓的緊固軸向力下降。上述發(fā)明中，也可在初期緊固工序之后，通過松弛上述螺栓，直接過渡到上述最終緊 固工序的狀態(tài)。由此，能夠迅速地獲得與上述同樣的作用效果。此外，上述發(fā)明中，也可在初期緊固工序與最終緊固工序之間，插入松弛上述螺栓以 使該螺栓的緊固軸向力為零的螺栓松弛工序，并且，最終緊固工序設(shè)定為，在形成由上述 螺栓在其彈性區(qū)內(nèi)緊固被緊固部件的狀態(tài)之際，在上述螺栓松弛工序之后，以小于上述初 期緊固工序時的螺栓緊固角度緊固上述螺栓。由此，不僅能夠獲得與上述同樣的作用效果， 而且還能夠明確在最終緊固工序中用于緊固于最終緊固狀態(tài)的基準(緊固軸向力是零)，防 止最終緊固工序中的最終緊固狀態(tài)出現(xiàn)參差。此外，上述發(fā)明中，上述被緊固部件為安裝于安裝主體的軸承蓋，并且，在最終緊固 工序中形成由螺栓將上述軸承蓋緊固于安裝主體的狀態(tài)，而且，在所述最終緊固工序后， 依次執(zhí)行，在軸承蓋與安裝主體之間加工出軸孔的加工工序，和在該加工工序之后，暫且 解除上述螺栓的緊固狀態(tài)，并形成在軸孔內(nèi)安裝有具有壓緊量高度(crush height)的一對 對丌軸瓦的狀態(tài)，然后通過螺栓的緊固將軸承蓋安裝于安裝主體上的組裝工序，在該組裝 工序中，進行上述螺栓的緊固之際，在該螺栓的彈性區(qū)內(nèi)，以上述加工工序階段的螺栓緊 固角度加上壓下壓緊量高度所需的緊固角度所得到的螺栓緊固角度進行緊固。由此，不僅 能夠獲得與上述同樣的作用效果，而且還能夠防止軸瓦間隙的擴大。
此外，上述發(fā)明中，螺栓的硬度高于被緊固部件的硬度。由此，能夠抑制被緊固部件 的塑性變形，抑制螺栓的緊固軸向力的下降，并且能夠確保軸孔的圓度。此外，上述發(fā)明中，被緊固部件的熱膨脹率大于螺栓的熱膨脹率。由此，在最終緊固 工序之后，雖然處于作為外力的熱應(yīng)力容易施加于被緊固部件的狀況，但是通過提高被緊 固部件的彈性極限(耐塑性變形極限)(彈性區(qū)的擴大)，能夠防止在承受熱應(yīng)力時(熱膨脹時) 被緊固部件發(fā)生塑性變形。因此，之后即便熱應(yīng)力卸荷，也能夠防止螺栓的緊固軸向力因 塑性變形而下降，可實現(xiàn)螺栓的緊固軸向力的穩(wěn)定化。另外，本發(fā)明的螺栓緊固裝置，是利用螺栓緊固被緊固部件的螺栓緊固裝置，其特征 在于，包括螺栓緊固調(diào)整機構(gòu)，調(diào)整上述螺栓的緊固；以及緊固量控制機構(gòu)，控制上述螺栓緊固調(diào)整機構(gòu)，在初期時，通過上述螺栓的彈性區(qū)內(nèi) 的緊固，使上述被緊固部件發(fā)生塑性變形，之后松弛該螺栓，在使該螺栓及該被緊固部件 處于彈性區(qū)的狀態(tài)下，形成由該螺栓緊固上述被緊固部件的最終緊固狀態(tài)。上述緊固量控制機構(gòu)亦可設(shè)定為，在上述被緊固部件的塑性變形之后，通過松弛上述 螺栓使緊固狀態(tài)直接過渡到上述最終緊固狀態(tài)。另外，上述緊固量控制機構(gòu)亦可設(shè)定為，在松弛上述螺栓時使該螺栓的緊固軸向力為 零，并且在形成由該螺栓緊固上述被緊固部件的最終緊固狀態(tài)時，以小于使上述被緊固部 件發(fā)生塑性變形時的螺栓緊固角度緊固該f栓。根據(jù)上述技術(shù)方案，可提供一種使用上述螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置。


圖l是說明因外力發(fā)生塑性變形后，外力消除時螺栓緊固軸向力下降的過程的說明圖。 圖2是說明實施方式所涉及的螺栓緊固方法的說明圖。 圖3是表示由實施方式所涉及的螺栓緊固方法得到的扭矩特性的圖。 圖4是表示在安裝有對開軸瓦的狀態(tài)下，將安裝主體和軸承蓋緊固后的狀態(tài)的圖。 圖5是表示緊固前的對開軸瓦的設(shè)置狀態(tài)的圖。 圖6是說明具體例中的被緊固部件的塑性變形工序的說明圖。 圖7是說明具體例中的正式緊固工序的說明圖。 圖8是說明具體例中的影響角度的補充緊固工序的說明圖。 圖9是表示軸瓦壓緊量和軸瓦間隙之間的關(guān)系的圖。
圖10是表示用于進行圖9的實驗的螺栓緊固條件的圖表。圖11是表示影響角度量(為了抑制軸瓦間隙擴大量而所需的補充緊固角度)的推導(dǎo)方 法的說明圖。圖12是表示繼圖11之后的推導(dǎo)過程的說明圖。圖13是更具體地說明圖11、圖12中的影響角度量的推導(dǎo)方法的流程圖。 圖14是表示影響角度量的另一推導(dǎo)方法的說明圖。 圖15是表示繼圖14之后的推導(dǎo)過程的說明圖。 圖16是表示影響角度量的又一推導(dǎo)方法的說明圖。圖17是表示對作為被緊固部件的軸承蓋有無實施塑性變形工序所得到的軸承內(nèi)徑的 穩(wěn)定性的結(jié)果的圖。圖18是表示用于進行圖17的實驗的緊固條件的圖表。 圖19是說明補充緊固影響角度量0x時的間隙的說明圖。 圖20是表示圖19的緊固條件的圖表。圖21是表示使用實施方式所涉及的螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置的說明圖。
具體實施方式
下面，基于

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。(1) 實施方式所涉及的螺栓緊固方法是使用快動螺母扳手(nutrmmer)等螺栓轉(zhuǎn)動機構(gòu) 緊固螺栓，并通過該螺栓的緊固來緊固被緊固部件的方法。具體而言，例如用于通過螺栓 緊固作為引擎軸承部件的軸承蓋(被緊固部件)和由缸體構(gòu)成的安裝主體等情況的情形。(2) 關(guān)于實施方式所涉及的螺栓緊固方法，在初期緊固工序中通過螺栓的彈性區(qū)內(nèi)的緊 固使被緊固部件發(fā)生塑性變形，在該初期緊固工序之后相對于該初期緊固工序時松弛螺 栓，在最終緊固工序中，在使該螺栓及上述被緊固部件處于彈性區(qū)的狀態(tài)下，形成由該螺 栓緊固該被緊固部件的狀態(tài)。(i) 之所以在初期緊固工序中使被緊固部件發(fā)生塑性變形、之后松弛螺栓，是為了提高 被緊固部件的彈性極限(耐塑性變形極限)，擴大被緊固部件的彈性區(qū)。(ii) 之所以松弛螺栓并在最終緊固工序中在使被緊固部件處于彈性區(qū)的狀態(tài)下形成由 螺栓緊固該被緊固部件的狀態(tài)，既是為了確保被緊固部件的安裝，又是在包含擴大的彈性 區(qū)的彈性區(qū)內(nèi)，使被緊固部件切實地隨著外力的作用、消除而膨脹、收縮，不發(fā)生塑性變 形。由此，抑制因塑性變形而f致的緊固軸向力的下降。(iii) 之所以在初期緊固工序中使被緊固部件發(fā)生塑性變形時、以及在最終緊固工序中 形成緊固被緊固部件的狀態(tài)時都在彈性區(qū)內(nèi)進行螺栓的緊固，是為了使螺栓相對于熱應(yīng)力 等外力的作用、消除而膨脹、收縮，而不發(fā)生塑性變形。(iv) 更具體地進行說明。即便螺栓及被緊固部件處于彈性區(qū)，但就一般狀況而言，在 硬度方面，被緊固部件低于螺栓，在熱膨脹率方面，被緊固部件高于螺栓，在這種狀況中， 如作用有熱應(yīng)力等外力，即便最初處于彈性區(qū)，被緊固部件也存在其螺栓支承面上容易產(chǎn)生塑性變形的傾向。在圖1中，從P1向P2的移動表示處于彈性區(qū)的被緊固部件(P1點) 在螺栓支承面上因熱應(yīng)力等外力產(chǎn)生支承面塑性變形而移動到塑性區(qū)內(nèi)的P2點的情形。 之后，當(dāng)外力消除(例如熱應(yīng)力卸荷)后，被緊固部件由于發(fā)生塑性變形，因此無法返回到 初始狀態(tài)，導(dǎo)致螺栓的緊固軸向力下降。在圖1中，從P2點向P3點的移動，表示發(fā)生了 塑性變形的被緊固部件(P2點)因外力消除而在與最初的彈性線Ll(達到扭矩特性線的彈性 極限前的區(qū)域)上的彈性區(qū)不同的彈性線(塑性變形后的彈性線)L2上的彈性區(qū)內(nèi)彈性收縮 并移動到穩(wěn)定的位置(P3)的情形。P3點作為以P2點為起點的彈性線L2與直線m之間的 交點而被求出，但是，直線m的斜率取決于被緊固部件的剛性，從彈性線Ll上的Pl點(與 要求緊固軸向力的交點)引出該直線m，由此作為與該要求緊固軸向力對應(yīng)的點求出P3。 從該P3點的位置亦可明確得知，因外力而發(fā)生塑性變形的被緊固部件(P2點)在外力消除 而彈性收縮的情況下(P3點)，其緊固軸向力低于初期的Pl點的緊固軸向力。對此，在實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，首先，為了在螺栓支承面(被緊固部件) 上產(chǎn)生支承面塑性變形(塑性變形)，如圖2所示，作為初次緊固，從落位點PO(根據(jù)扭矩 特性線的扭矩梯度計算出)丌始緊固螺栓初次緊固角度61的程度，使之經(jīng)扭矩特性線上的 彈性區(qū)到達P01點(塑性變形區(qū))，之后松弛螺栓，返回彈性區(qū)的P9d。由此,螺栓支承面的 狀態(tài)以后變?yōu)閷?yīng)于外力在塑性變形后的彈性線L2上移動(膨脹、收縮)的情形，通過與最 初的彈性線Ll的比較亦可明確得知，該塑性變形后的彈性線L2的彈性區(qū)相對于該最初的 彈性線L1的彈性區(qū)有所擴大，耐塑性變形極限(彈性極限)提高。此時，P6d點呈在螺栓支承面上確保了指定的緊固軸向力的狀態(tài)(安裝狀態(tài))，但是在從pei點移動到ped點時，從 迅速性的角度出發(fā)，亦可從pei點的緊固角度直接返回ped點的緊固角度，從正確性、準確性的角度出發(fā)，亦可暫且松弛螺栓直到緊固軸向力變?yōu)镺(落位點PO')，之后重新緊固 螺栓，以到達塑性變形后的彈性線L2上的P0d點。圖3是將塑性變形后的彈性線L2的落位點PO'位移到塑性變形前的最初的扭矩特性線 的落位點PO來表示塑性變形后的扭矩特性線(圖3中的實線)的圖。從該圖3亦也可明確得
知,螺栓支承面(被緊固部件)的耐塑性變形極限被提高，即便作用有熱應(yīng)力等外力負載而從 P1點移動到P2'點，該移動點實質(zhì)上也是經(jīng)擴展后的彈性區(qū)。因此，在該外力消除時，沿著塑性變形后的扭矩特性線(圖3中的實線)彈性收縮，隨著彈性收縮從P2'點移動來的P3' 點到達與初期的P1點實質(zhì)上相同的位置。其結(jié)果，P3'點、Pl點的螺栓的緊固軸向力相 同，螺栓的緊固軸向力不會因熱應(yīng)力等外力而下降。(3) 實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，對于螺栓、被緊固部件，釆用螺栓的硬度高于 被緊固部件的硬度的設(shè)置。其原因在于，即便處于容易發(fā)生被緊固部件的塑性變形、難以 防止螺栓的緊固軸向力的下降、及難以確保軸孔的圓度的狀況下，也能夠通過采用上述設(shè) 置抑制被緊固部件的塑性變形，抑制螺栓的緊固軸向力的下降，并且確保軸孔的圓度。此 時，作為螺栓使用鋼制螺栓等，作為被緊固部件使用輕合金或輕軸瓦材制的部件，更具體 而言，使用以A1、 Mg等作為材料的部件。(4) 實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，對于被緊固部件、螺栓，采用被緊固部件的熱 膨脹率大于螺栓的熱膨脹率的設(shè)置。其原因在于，在最終緊固工序之后，處于作為外力的 熱應(yīng)力容易施加于被緊固部件的狀況，但是通過提高被緊固部件的彈性極限(耐塑性變形極 限)(彈性區(qū)的擴大)，能夠防止在承受熱應(yīng)力時(熱膨脹時)被緊固部件發(fā)生塑性變形。因此， 之后即便熱應(yīng)力卸荷，也能夠防止螺栓的緊固軸向力因塑性變形而下降，可實現(xiàn)螺栓的緊 固軸向力的穩(wěn)定化。接著，說明將上述實施方式所涉及的螺栓緊固方法應(yīng)用于利用螺栓25緊固由引擎的 缸體構(gòu)成的安裝主體20與軸承蓋21(被緊固部件)的情況的具體例。首先，根據(jù)圖4說明安裝主體20、軸承蓋21等的一般性結(jié)構(gòu)、關(guān)系。安裝主體20 及軸承蓋21是成對地構(gòu)成曲軸24的軸承的部件。在安裝主體20與軸承蓋21的邊界部， 各占雙方大致一半地形成軸孔22。在軸孔22中安裝有呈環(huán)狀地包圍曲軸24的一對對開 軸瓦23。對開軸瓦23呈沿著直徑分割大致圓筒形的部件的形狀。安裝主體20和軸承蓋 21，在軸孔22中安裝有對開軸瓦23和曲軸24的狀態(tài)下，由螺栓25緊固。上述安裝主體20和軸承蓋21被設(shè)定為滿足以下條件，即在緊固前的狀態(tài)下，合攏的 一對對開軸瓦23的外周稍微大于軸孔22的孔周。因而，如圖5所示，在將對開軸瓦23 設(shè)置于軸承蓋21中的狀態(tài)下，對開軸瓦23從軸承蓋21稍微凸出(壓緊量高度23a)。將軸承蓋21螺栓緊固于安裝主體20時，是在該壓緊量高度23a被壓下而壓縮的狀態(tài) 下進行裝配。
由此，可促進曲軸系統(tǒng)的散熱，并抑制伴隨曲軸24的轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)的對幵軸瓦23的聯(lián) 動。此外，對開軸瓦23相對于軸孔22的密接性提高，賦予對開軸瓦23自身張力。另外，對開軸瓦23與曲軸24之間存在微小的縫隙(間隙)。間隙如果過大則振動、噪 聲變大，如果過小則容易導(dǎo)致對開軸瓦23的燒結(jié)，因此該間隙被設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。上述安裝主體20與軸承蓋21的裝配構(gòu)造可通過下面的方法得到。首先，通過彈性區(qū) 緊固對安裝主體20和軸承蓋(被緊固部件)21進行緊固，使軸承蓋21(螺栓支承面)發(fā)生塑 性變形(初期緊固工序)。此時，作為彈性區(qū)內(nèi)的螺栓緊固，如圖6所示，使用扭矩+角度 法，在該扭矩+角度法下，將螺栓緊固至貼緊扭矩(snugtorque)(開始有效的(實質(zhì)性的) 緊固時的緊固扭矩)T1后，以該貼緊扭矩Tl下的緊固角度為基準進一步緊固設(shè)定角度60 的程度。利用該工序到達圖6中的扭矩特性線上的A點，但為了到達該A點，作為設(shè)定角 度60，使用使作為被緊固部件的軸承蓋21的螺栓支承面發(fā)生塑性變形、并且螺栓25處 于彈性區(qū)內(nèi)的角度。接著，完全松弛上述螺栓2^螺栓松弛工序)，之后，重新進行與上述彈性區(qū)緊固相同 的彈性區(qū)緊固(扭矩+角度法)，緊固安裝主體20和軸承蓋21(正式緊固圖7中的B點)。 而且，在該狀態(tài)下進行軸孔22的內(nèi)徑加工。此時，作為利用扭矩+角度法的緊固，在將 螺栓緊固至貼緊扭矩T1后，以該貼緊扭矩T1中的緊固角度為基準，緊固設(shè)定角度(正式緊固角度)ei的程度，該設(shè)定角度ei相對于上述初期緊固工序中的設(shè)定角度eo，被設(shè)定 為6Keo的角度。此時，如圖7所示，在緊固扭矩T與緊固角度e之間，形成線性的比 例關(guān)系。接著，暫且卸下螺栓25，重新在軸孔22內(nèi)安裝對開軸瓦23和曲軸24并進行螺栓緊 固(組裝工序)，此時，將預(yù)先推導(dǎo)出的軸瓦壓緊量Min的影響角度量(ex:固定角度)加上軸 孔22的內(nèi)徑加工前B點(參照圖7)的緊固角度進行補充緊固(參照圖8中的C點)。由此，組裝時的緊固條件為達到貼緊扭矩Ti為止的緊固角度、設(shè)定角度ei、影響角度量0x之和。如將其簡單地記載，貝,裝時的緊固條件二Tl+ei+0x。因而，螺栓25始終在彈性 區(qū)內(nèi)進行緊固，最終螺栓緊固點C點的緊固軸向力高于B點，螺栓的緊固軸向力被保持在 被緊固部件的彈性區(qū)內(nèi)。上述軸瓦壓緊量Min的影響角度量ex是指，以防止軸承部的燒結(jié)為前提，抑制在軸 瓦壓緊量下限時的軸瓦間隙擴大量所需的補充緊固角度(參照圖9、圖IO),作為該影響角 度量6x的推導(dǎo)方法，使用下面的具體例。此外，在圖9中，軸瓦壓緊量下限是軸承內(nèi)徑(軸
孔22內(nèi)徑)上限與壓緊量高度23a下限的組合(和)，軸瓦壓緊量上限是軸承內(nèi)徑(軸孔22 內(nèi)徑)下限與壓緊量高度23a上限的組合(和)。 具體例l(圖10、圖11)具體例1是通過組合預(yù)先準備的內(nèi)徑上限軸承與壓緊量高度下限軸瓦的實體部件(軸 承蓋)的緊固，推導(dǎo)出影響角度量0x的方法。首先，分別設(shè)定基準扭矩Ts、角度采樣扭矩AT、緊固結(jié)束扭矩Te。繼而，開始螺栓 的緊固，從緊固扭矩到達基準扭矩Ts的點起開始每個扭矩厶T的緊固角度A9的釆樣(緊 固方法可以是扭矩法、扭矩+角度法中的任一方法)。接著，監(jiān)視Aei(初始值)與經(jīng)過采樣后的值A(chǔ)6n之間的比(Aen/Aei),將其丌始變化 到閾值Kl以下的點設(shè)為拐點扭矩Tx。之后，緊固至拐點扭矩Tx后，根據(jù)從拐點扭矩Tx 丌始直到緊固結(jié)束扭矩Te為止的角度差0e推導(dǎo)出影響角度量6x，作為影響角度量6x， 得到9x=(Txxee)/(Te-Tx)。圖13表示更具體地說明具體例l所涉及的影響角度量8x的推導(dǎo)過程的流程圖。首先，讀入作為各種信息的基準扭矩Ts、角度采樣扭矩AT、緊固結(jié)束扭矩Te(各種 信息設(shè)定)，開始螺栓的緊固(S1、 S2)。在螺栓的緊固開始后，判斷緊固扭矩T是否達到 基準扭矩Ts(S3)，在判斷為緊固扭矩T達到基準扭矩Ts時，丌始以扭矩AT為周期的緊 固角度Aen(n^1、 2、 3...)的采樣，并且開始緊固角度A0的初始值A(chǔ)61與各采樣值 A9n/Aei的監(jiān)視(S4、S5)。接著，持續(xù)檢測厶0n/Aei是否在閾值Kl以下，在A0n/厶ei5 閾值K1時，將該開始變化的點的扭矩設(shè)為拐點扭矩Tx(S6、 S7)。之后，將螺栓緊固至緊固結(jié)束扭矩Te(S8),根據(jù)該緊固結(jié)束扭矩Te點的緊固角度6 和拐點扭矩Tx點的緊固角度計算出這兩者間的緊固角度9e(S9)。然后，在S10中，使用 Te、 S7的Tx、 S9的6e，根據(jù)6x二(Txxee)/(Te-Tx)的公式求出影響角度量0x。具體例2(圖14、圖15)具體例2是進行組合預(yù)先準備的內(nèi)徑上限軸承與壓緊量高度下限軸瓦的實體部件的加 工時(無軸瓦)與組裝時(有軸瓦)的緊固解析、根據(jù)軸承蓋與軸瓦的緊固剛性比推導(dǎo)出影響角 度量0x的方法。首先，利用角度法對加工時(無軸瓦)與組裝時(有軸瓦)的實體部件緊固固定角度6s的 程度，根據(jù)緊固角度與螺栓軸向力之間的關(guān)系式，求出軸承蓋的緊固剛性Ec"緊固軸向力 F/緊固角度9、軸瓦的緊固剛性Em&緊固軸向力F/緊固角度e(參照圖14)。
另一方面，根據(jù)上述具體例l求出拐點扭矩Tx，并且根據(jù)基準扭矩Ts中的緊固角度、 拐點扭矩Tx中的緊固角度求出從基準扭矩Ts到拐點扭矩Tx為止的緊固角度0A。之后，使用Ts、 Tx、 0A、 Em、 Ec,根據(jù)eX=eAxTx/(Tx-Ts)xEm/Ec的公式求出影 響角度量6x(參照圖15)。此外，軸承蓋與軸瓦的緊固剛性比亦可由各個計算值代替。具體例3(圖16)具體例3是根據(jù)組合預(yù)先準備的內(nèi)徑上限軸承與壓緊量高度下限軸瓦的實體部件中的 軸承蓋的縫隙以及軸承蓋與軸瓦的緊固剛性比，計算出影響角度量的方法。首先，使用量隙規(guī)(clearance gauge)等求出組合了內(nèi)徑上限軸承與壓緊量高度下限軸 瓦而成的軸承蓋21和安裝主體20之間的縫隙Sx(參照圖16)。另一方面，根據(jù)上述具體例2記載的方法求出軸承蓋21、軸瓦23的緊固剛性Ec、Em。之后，根據(jù)軸承蓋21與安裝主體20之間的縫隙6x、軸承蓋21、軸瓦23的緊固剛性 Ec、 Em，利用0x-8xx36O/Px(Em/Ec)的公式推導(dǎo)出影響角度量ex。此外，軸承蓋21的縫隙以及軸承蓋21與軸瓦的緊固剛性比亦可由各個計算值代替。 上述軸承蓋21的緊固方法(本案)所實現(xiàn)的效果，總結(jié)如下。(1) 關(guān)于作為被緊固部件的軸承蓋21中，有無塑性變形工序?qū)S承內(nèi)徑的穩(wěn)定性造成 的影響。圖17表示驗證作為被緊固部件的軸承蓋21的塑性變形工序(彈性區(qū)螺栓緊固)的有無 所影響的加工(無軸瓦)、再次緊固時的軸承內(nèi)徑穩(wěn)定性的結(jié)果，圖18表示其緊固條件。據(jù) 此，示出以下情形與無軸承蓋21的塑性變形工序的情況相比，有塑性變形工序的情況 下，能夠大幅度地提高再次緊固時的軸承內(nèi)徑的穩(wěn)定性，并且確保軸孔22的圓度等。(2) 關(guān)于影響角度量0x補充緊固時的間隙在插入軸瓦進行組裝時，通過進行在軸孔22加工前的正式緊固條件T1+01之上增加 軸瓦壓緊的影響角度ex(固定角度)的緊固Tl+ei+6x，能夠抑制軸瓦間隙的擴大(參照圖 19、圖20)。(3) 關(guān)于彈性緊固螺栓以及作為被緊固部件的軸承蓋21的彈性極限提高所影響的軸向 力穩(wěn)定性 ，關(guān)于螺栓，作為彈性緊固螺栓使用，相對于在軸承組裝后產(chǎn)生的運轉(zhuǎn)時的熱應(yīng)力螺栓 不會發(fā)生塑性變形，另一方面，關(guān)于作為被緊固部件的軸承蓋21中的螺栓支承面，因該
處發(fā)生塑性變形而該部分的彈性極限被提高(彈性區(qū)的擴大)，因此支承面塑性變形不會進 一歩發(fā)展(參照上述的圖3)。因此，在該軸承蓋的緊固方法中，不會出現(xiàn)因熱應(yīng)力而發(fā)生塑 性變形的軸承蓋，之后由于熱應(yīng)力的卸荷而令到緊固軸向力下降的情況(參照表示一般內(nèi)容 的圖l),可得到穩(wěn)定的螺栓緊固軸向力。接著，說明使用上述的實施方式所涉及的螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置。如圖21所 示，螺栓緊固裝置配備作為螺栓轉(zhuǎn)動機構(gòu)的快動螺母扳手2、和控制該快動螺母扳手2的 控制單元3?？靹勇菽赴馐?具有與螺栓的頭部卡合的套筒(socket)4;轉(zhuǎn)動驅(qū)動該套筒 4的驅(qū)動電動機(螺栓緊固調(diào)整機構(gòu))5;用于檢測通過套筒4施加于螺栓的扭矩的扭矩傳感 器(torque transducer)(扭矩檢測機構(gòu))6;以及通過檢測驅(qū)動電動機5的轉(zhuǎn)動角度來測定螺 栓的緊固角度的角度編碼器(緊固角度檢測機構(gòu))7。從扭矩傳感器6向控制單元3輸送扭矩信號，從角度編碼器7向控制單元3輸送緊固 角度信號，從控制單元3向上述螺母扳手2中的驅(qū)動電動機5輸出控制信號。該控制單元 3內(nèi)配備緊固量控制機構(gòu)，該緊固量控制機構(gòu)為了實施上述的實施方式所涉及的螺栓緊固 方法， 一邊確認來自扭矩傳感器6的扭矩信號和來自角度編碼器7的緊固角度信號， 一邊 基于預(yù)先存儲的控制內(nèi)容輸出控制信號。
權(quán)利要求
1. 一種螺栓緊固方法，利用螺栓緊固被緊固部件，其特征在于，包括初期緊固工序，通過所述螺栓的彈性區(qū)內(nèi)的緊固，使所述被緊固部件發(fā)生塑性變形；以及最終緊固工序，在所述初期緊固工序之后，相對于該初期緊固工序時松弛所述螺栓，在使該螺栓及所述被緊固部件處于彈性區(qū)的狀態(tài)下，形成由該螺栓緊固該被緊固部件的狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的螺栓緊固方法，其特征在于在所述初期緊固工序后，通過松弛所述螺栓，直接過渡到所述最終緊固工序的狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的螺栓緊固方法，其特征在于在所述初期緊固工序與所述最終緊固工序之間，插入松弛所述螺栓以使該螺栓的緊固 軸向力為零的螺栓松弛工序，所述最終緊固工序設(shè)定為，在形成由所述螺栓在其彈性區(qū)內(nèi)緊固被緊固部件的狀態(tài)之 際，在所述螺栓松弛工序之后，以小于所述初期緊固工序時的螺栓緊固角度緊固所述螺栓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的螺栓緊固方法，其特征在于-所述被緊固部件為安裝于安裝主體上的軸承蓋，并且，在所述最終緊固工序中形成由所述螺栓將所述軸承蓋緊固于所述安裝主體的狀態(tài)，而且，在所述最終緊固工序后，依次執(zhí)行，在所述軸承蓋與所述安裝主體之間加工出 軸孔的加工工序，和在所述加工工序之后，暫且解除所述螺栓的緊固狀態(tài)，并形成在所述 軸孔內(nèi)安裝有具有壓緊量高度的一對對開軸瓦的狀態(tài)，然后通過緊固所述螺栓將所述軸承 蓋安裝于所述安裝主體上的組裝工序，在該組裝工序中，進行所述螺栓的緊固時，在該螺 栓的彈性區(qū)內(nèi)，以所述加工工序階段的螺栓緊固角度加上壓下所述壓緊量高度所需的緊固 角度所得到的螺栓緊固角度進行緊固。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的螺栓緊固方法，其特征在于 所述螺栓的硬度高于所述被緊固部件的硬度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的螺栓緊固方法，其特征在于-所述被緊固部件的熱膨脹率大于所述螺栓的熱膨脹率。
7. —種螺栓緊固裝置，利用螺栓緊固被緊固部件，其特征在于，包括 螺栓緊固調(diào)整機構(gòu)，調(diào)整所述螺栓的緊固；以及緊固量控制機構(gòu)，控制所述螺栓緊固調(diào)整機構(gòu)，在初期時，通過所述螺栓的彈性區(qū)內(nèi) 的緊固，使所述被緊固部件發(fā)生塑性變形，之后松弛該螺栓，在使該螺栓及該被緊固部件 處于彈性區(qū)的狀態(tài)下，形成由該螺栓緊固所述被緊固部件的最終緊固狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺栓緊固裝置，其特征在于所述緊固量控制機構(gòu)設(shè)定為，在所述被緊固部件的塑性變形之后，通過松弛所述螺栓 使緊固狀態(tài)直接過渡到所述最終緊固狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺栓緊固裝置，其特征在于-所述緊固量控制機構(gòu)設(shè)定為，在松弛所述螺栓時使該螺栓的緊固軸向力為零，并且在 形成由該螺栓緊固所述被緊固部件的最終緊固狀態(tài)時，以小于使所述被緊固部件發(fā)生塑性 變形時的螺栓緊固角度緊固該螺栓。
全文摘要
本發(fā)明涉及螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置，通過初期緊固工序中的螺栓的緊固，使被緊固部件(螺栓支承面)發(fā)生塑性變形，提高被緊固部件的彈性極限(耐塑性變形極限)(彈性區(qū)的擴大)，即便在最終緊固工序之后有熱應(yīng)力負載作用，也能夠抑制被緊固部件的塑性變形。由此，在熱應(yīng)力卸荷時可抑制螺栓的緊固軸向力的下降。
文檔編號B23P19/06GK101396791SQ20081014901
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者槙前辰己, 藤井豐 申請人:馬自達汽車株式會社