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

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。

主权项

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：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；以缸体缸盖的任意主螺栓孔为原点O_i，分别建立三条两两垂直的X_i轴、Y_i轴和Z_i轴，从而获得缸体缸盖的空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i；即缸体空间坐标系为O_b‑X_bY_bZ_b；缸盖空间坐标系O_h‑X_hY_hZ_h；以再制造缸体缸盖的任意主螺栓孔为原点O_t，分别建立三条两两垂直的X_t轴、Y_t轴和Z_t轴，从而获得再制造缸体缸盖的空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t；即再制造缸体空间坐标系为O_rb‑X_rbY_rbZ_rb；再制造缸盖空间坐标系O_rh‑X_rhY_rhZ_rh；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]：步骤2.1、利用式(1)分别获得缸体缸盖的功能要素[FE]_i：[FE]_i＝[Q_i]^‑1·[T]    (1)式(1)中，[T]表示公差参数；[Q_i]^‑1表示方向矢量集合，并有：[Q_i]＝[C₁C₂C₃]_i    (2)式(2)中，C₁,C₂和C₃分别表示公差在所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i中三个方向的矢量；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，表示理想状态下的所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i相对于所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b的方向变化矩阵，并有C_1i，C_2i和C_3i分别表示理想状态下的所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i中的X_i轴、Y_i轴和Z_i轴依次在所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b中的方向向量；表示理想状态下的所述缸盖空间坐标系O_h‑X_hY_hZ_h相对于所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i的位置变化矩阵，并有：$\left[{W_i}^h\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& -{\mathrm{dz}}_i^h& {\mathrm{dy}}_i^h\\ {\mathrm{dz}}_i^h& 0& -{\mathrm{dx}}_i^h\\ -{\mathrm{dy}}_i^h& {\mathrm{dx}}_i^h& 0\end{array}\right]---\left(4\right)$式(4)中，用dx_h，dy_h和dz_h分别表示所述缸盖空间坐标系O_h‑X_hY_hZ_h的原点O_h依次在所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b中X_b轴、Y_b轴和Z_b轴的位置矢量；dx_i，dy_i和dz_i分别表示所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i的原点O_i依次在所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b中X_b轴、Y_b轴和Z_b轴的位置矢量；并有${\mathrm{dx}}_i^h={\mathrm{dx}}_h-{\mathrm{dx}}_i,{\mathrm{dy}}_i^h={\mathrm{dy}}_h-{\mathrm{dy}}_i,{\mathrm{dz}}_i^h={\mathrm{dz}}_h-{\mathrm{dz}}_i;$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[FR]：[FR]＝[[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O_i‑X_iY_iZ_i中绕X_i轴、Y_i轴和Z_i轴分别产生的旋转量Δα_i、Δβ_i、Δγ_i；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，表示受热场和力场作用下的所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i相对于所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b的方向变化矩阵，并有：$\left[R_0^{\prime i}\right]=[C_{1i}^{\prime },C_{2i}^{\prime },C_{3i}^{\prime }]·\left[C_x\right]·\left[C_y\right]·\left[C_z\right]---\left(7\right)$式(7)中，C′_1i，C′_2i和C′_3i分别表示受热场和力场作用下的所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i中的X_i轴、Y_i轴和Z_i轴依次在所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b中的方向向量；式(7)中，[C_x]为所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i绕其x轴旋转Δα_i的转换矩阵，并有：$\left[C_x\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \Delta {\alpha }_i& -\sin \Delta {\alpha }_i\\ 0& \sin \Delta {\alpha }_i& \cos \Delta {\alpha }_i\end{array}\right]---\left(8\right)$式(7)中，[C_y]为所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i绕其y轴旋转Δβ_i的转换矩阵，并有$\left[C_y\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \Delta {\beta }_i& 0& \sin \Delta {\beta }_i\\ 0& 1& 0\\ -\sin \Delta {\beta }_i& 0& \cos \Delta {\beta }_i\end{array}\right]---\left(9\right)$式(7)中，[C_z]为所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i绕其z轴旋转Δγ_i的转换矩阵，并有$\left[C_z\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \Delta {\gamma }_i& -\sin \Delta {\gamma }_i& 0\\ \sin \Delta {\gamma }_i& \cos \Delta {\gamma }_i& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(10\right)$式(6)中，表示受热场和力场作用下的所述缸盖空间坐标系O_h‑X_hY_hZ_h相对于所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i的位置变化矩阵，并有：$\left[W_i^{\prime h}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& -{\mathrm{dz}}_i^{\prime h}& {\mathrm{dy}}_i^{\prime h}\\ {\mathrm{dz}}_i^{\prime h}& 0& -{\mathrm{dx}}_i^{\prime h}\\ -{\mathrm{dt}}_i^{\prime h}& {\mathrm{dx}}_i^{\prime h}& 0\end{array}\right]---\left(11\right)$式(11)中，用dx′_h，dy′_h和dz′_h分别表示所述缸盖空间坐标系O_h‑X_hY_hZ_h的原点O_h依次在所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b中X_b轴、Y_b轴和Z_b轴的位置矢量；dx′_i，dy′_i和dz′_i分别表示所述空间坐标系O_i‑X_iY_iZ_i的原点O_i依次在所述缸体空间坐标系O_b‑X_bY_bZ_b中X_b轴、Y_b轴和Z_b轴的位置矢量；并有${\mathrm{dx}}_i^{\prime h}={\mathrm{dx}}_h^{\prime }-{\mathrm{dx}}_i^{\prime },{\mathrm{dy}}_i^{\prime h}={\mathrm{dy}}_h^{\prime }-{\mathrm{dy}}_i^{\prime },{\mathrm{dz}}_i^{\prime h}={\mathrm{dz}}_h^{\prime }-{\mathrm{dz}}_i^{\prime };$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：[FE′]_i＝[Q_i]^‑1·[T]    (12)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[FR′]：[FR′]＝[[J′]_b[J′]_h]·[[FE′]_b[FE′]_h]^T    (13)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O_t‑X_tY_tZ_t中绕X_t轴、Y_t轴和Z_t轴分别产生的旋转量Δα_t、Δβ_t、Δγ_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，表示受热场和力场作用下的所述空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t相对于所述再制造缸体空间坐标系O_rb‑X_rbY_rbZ_rb的方向变化矩阵，并有：${[R}_0^{\prime \prime t}]=[C_{1t}^{\prime \prime }{C}_{2t}^{\prime \prime }{C}_{3t}^{\prime \prime }]·[C_x^{\prime }]·[C_y^{\prime }]·[C_z^{\prime }]---\left(15\right)$式(15)中，C″_1t，C₂″_t和C₃″_t分别表示受热场和力场作用下的所述空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t中的X_t轴、Y_t轴和Z_t轴依次在所述再制造缸体空间坐标系O_rb‑X_rbY_rbZ_rb中的方向向量；式(15)中，[C′_x]为所述空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t绕其x轴旋转Δα_t的转换矩阵，并有：$\left[C_x^{\prime }\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \Delta {\alpha }_t& -\sin \Delta {\alpha }_t\\ 0& \sin \Delta {\alpha }_t& \cos \Delta {\alpha }_t\end{array}\right]---\left(16\right)$式(15)中：[C′_y]为所述空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t绕其y轴旋转Δβ_t的转换矩阵，并有$\left[C_y^{\prime }\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \Delta {\beta }_t& 0& \sin \Delta {\beta }_t\\ 0& 1& 0\\ -\sin \Delta {\beta }_t& 0& \cos \Delta {\beta }_t\end{array}\right]---\left(17\right)$式(15)中，[C′_z]为所述空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t绕其z轴旋转Δγ_t的转换矩阵，并有$\left[C_z^{\prime }\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \Delta {\gamma }_t& -\sin \Delta {\gamma }_t& 0\\ \sin \Delta {\gamma }_t& \cos \Delta {\gamma }_t& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(18\right)$式(14)中，表示受热场和力场作用下的所述再制造缸盖空间坐标系O_rh‑X_rhY_rhZ_rh相对于所述空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t的位置变化矩阵，并有：$\left[W_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& -{\mathrm{dz}}_i^{\prime \prime \mathrm{rh}}& {\mathrm{dy}}_i^{\prime \prime \mathrm{rh}}\\ {\mathrm{dz}}_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}& 0& -{\mathrm{dx}}_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}\\ -{\mathrm{dy}}_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}& {\mathrm{dx}}_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}& 0\end{array}\right]---\left(19\right)$式(19)中，用dx″_rh，dy″_rh和dz″_rh分别表示所述再制造缸盖空间坐标系O_rh‑X_rhY_rhZ_rh的原点O_rh依次在所述再制造缸体空间坐标系O_rb‑X_rbY_rbZ_rb中X_rb轴、Y_rb轴和Z_rb轴的位置矢量；dx″_t，dy″_t和dz″_t分别表示所述空间坐标系O_t‑X_tY_tZ_t的原点O_t依次在所述再制造缸体空间坐标系O_rb‑X_rbY_rbZ_rb中X_rb轴、Y_rb轴和Z_rb轴的位置矢量；并有${\mathrm{dx}}_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}={\mathrm{dx}}_{\mathrm{rh}}^{\prime \prime }-{\mathrm{dx}}_t^{\prime \prime },{\mathrm{dy}}_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}={\mathrm{dy}}_{\mathrm{rh}}^{\prime \prime }-{\mathrm{dy}}_t^{\prime \prime },$${\mathrm{dz}}_t^{\prime \prime \mathrm{rh}}={\mathrm{dz}}_{\mathrm{rh}}^{\prime \prime }-{\mathrm{dz}}_t^{\prime \prime };$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＝[Q_t]^‑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′]：[FR″]＝[[J″]_rb[J″]_rh]·[[FE″]_rb[FE″]_rh]^T    (21)步骤5、求出多场强下再制造缸体缸盖的旋量差ΔFR：根据式(22)或式(23)获得旋量差ΔFR：ΔFR＝[FR′]‑[FR″]    (22)ΔFR＝[FR″]‑[FR′]    (23)步骤二、重复步骤一，从而获得n组旋量差；步骤三、在再制造缸体缸盖气密性低于κ的条件下，根据所述n组旋量差通过手动调控拧紧力矩分别获得与所述n组旋量差相对应的n组最佳拧紧力矩矩范围值；步骤四、利用二元拉格朗日插值法对所述n组旋量差以及与所述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；以所述拧紧力矩值调控模型获得最佳拧紧力矩值，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。