پیچ های سر سیلندر: نیروی بستن، گشتاور و تجزیه و تحلیل شکست

وظیفه اصلی پیچ سر سیلندر فقط بستن سر به بلوک نیست. این برای حفظ یک نیروی گیره دقیق و یکنواخت در سراسر سطح آب بندی واشر سر تحت شرایط چرخه حرارتی شدید، سنبله های فشار سیلندر و اختلافات انبساط مواد است. هنگامی که به درستی گشتاور شود، پیچ به صورت الاستیک به حالت کشش مهندسی کشیده می شود و مانند یک فنر با استحکام بالا که بیش از 8000 تا 12000 پوند نیروی گیره در هر بست را ذخیره می کند. . این انرژی ذخیره شده واشر سر را به اندازه کافی فشرده می کند تا فشارهای احتراق را که می تواند از 1500 psi بیشتر باشد در موتورهای القایی اجباری ببندد، در حالی که به طور همزمان گالری های روغن فشار بالا و گذرگاه های خنک کننده را که بین سر و بلوک قرار دارند آب بندی می کند. هنگامی که سر سیلندر و بلوک در حین گرم کردن با سرعت‌های متفاوتی منبسط می‌شوند، پیچی که تسلیم شده، خسته شده یا با پیش‌بار ناکافی نصب شده است، نمی‌تواند این مهر و موم را حفظ کند. درک این موضوع که پیچ سر یک دستگاه بست پویا و فنری است – نه یک پین رزوه ای استاتیک – اساس هر روش نصب و تشخیص صحیح است.

گشتاور تا بازده در مقابل اتصال دهنده های استاندارد: یک تمایز اساسی

پیچ‌های سر سیلندر به دو دسته تقسیم می‌شوند که با یکدیگر منحصر به فرد هستند و برخورد با یکی مانند دیگری باعث خرابی فوری موتور می‌شود. پیچ‌های استاندارد در محدوده الاستیک خود گشتاور می‌شوند، به این معنی که در صورت شل شدن به طول اولیه خود باز می‌گردند و در بسیاری از موارد در صورت رعایت معیارهای بازرسی ابعادی، می‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند. پیچ‌های تسلیم گشتاور سفت می‌شوند فراتر از حد الاستیک خود به منطقه تغییر شکل پلاستیکی ، جایی که ماده به طور دائمی کشیده می شود و به طول اولیه خود باز نمی گردد. روش TTY نیروی گیره ثابت تری را فراهم می کند زیرا منحنی بار پیچ در ناحیه پلاستیکی صاف می شود - تغییرات کوچک در زاویه نوبت حداقل تغییرات را در بار گیره ایجاد می کند و باعث می شود روند در خط مونتاژ تکرار شود. معاوضه برگشت ناپذیر این است که پیچ TTY از نقطه تسلیم خود کشیده شده است و هرگز نباید دوباره استفاده شود . توالی گشتاور دوم روی پیچ تسلیم شده آن را بیشتر به سمت تغییر شکل پلاستیکی فشار می دهد تا زمانی که از کار بیفتد، اغلب در طول گشتاور نهایی یا بدتر از آن، چند روز پس از بازگشت موتور به کار می افتد.

شناسایی پیچ و مهره های TTY بر اساس مشخصات

دفترچه راهنمای خدمات سازنده طبقه بندی قطعی را ارائه می دهد، اما نشانگرهای فیزیکی شامل مشخصات گشتاور است که مقدار گشتاور اولیه را به دنبال آن فهرست می کند. مرحله نهایی مبتنی بر زاویه مانند 90 درجه یا 180 درجه . این مشخصات زاویه، به جای یک عدد گشتاور نهایی، مشخصه روش TTY است زیرا پیچ با چرخش اندازه گیری شده به ناحیه پلاستیکی خود تبدیل می شود. پیچ و مهره های قابل استفاده مجدد استاندارد با یک مقدار گشتاور نهایی بر حسب نیوتن متر یا فوت پوند، بدون گام زاویه، یا با پله زاویه ای که در محدوده الاستیک باقی می ماند و به صراحت به عنوان قابل استفاده مجدد در ادبیات خدمات ذکر شده است، مشخص می شوند.

توالی گشتاور و هندسه یکنواخت بستن

دنباله سفت کردن که در هر سر سیلندر ریخته می شود یک پیشنهاد نیست - یک نقشه توزیع تنش است. سر سیلندرها بی نهایت سفت نیستند. آنها میکرو اینچ را تحت کشش پیچ خم می کنند. اگر پیچ‌ها از یک سر به سر دیگر سفت شوند، سر به شکل خفیف گوه‌ای در می‌آید و نیروی گیره را در آخرین گوشه سفت‌شده متمرکز می‌کند و انتهای شروع را کم فشرده می‌کند. را الگوی مارپیچی که از مرکز شروع می شود و در مراحل گشتاور افزایشی به سمت بیرون کار می کند به تدریج سر را به طور یکنواخت پایین می کشد و به واشر اجازه می دهد تا به طور یکنواخت فشرده شود و سر به موازات عرشه بلوک قرار گیرد. یک روش معمولی شامل سه تا پنج پاس گشتاور پیشرونده است: یک پاس گشتاور کم اولیه برای قرار دادن همه بست ها، پاس های میانی در مقادیر گشتاور افزایش یافته، و یک جاروی زاویه نهایی برای بست های TTY. رد شدن از یک پاس یا مراحل یکپارچه سازی، واشر را در مرحله له شدن اولیه بحرانی تحت فشار ناهموار قرار می دهد و ناهماهنگی آب بندی حاصل ممکن است تا زمانی که موتور به دمای کار نرسد و حلقه آتش نابرابر بارگذاری شده جای خود را ندهد، ناهماهنگی آب بندی خود را نشان نمی دهد.

وضعیت نخ و فریب آچار گشتاور

آچار گشتاور اصطکاک را اندازه گیری می کند، نه نیروی گیره. از گشتاور اعمال شده به سر پیچ، تقریباً 50٪ بر اصطکاک زیر سر پیچ غلبه می کند، 40٪ بر اصطکاک رزوه غلبه می کند و تنها 10٪ تا 15٪ در واقع پیش بارگیری را ایجاد می کند. . اگر رزوه های موجود در بلوک خورده، کثیف یا آسیب دیده باشند، آچار گشتاور در مقدار مشخص شده کلیک می کند در حالی که کشش واقعی پیچ - و در نتیجه نیروی گیره - به طور چشمگیری کاهش می یابد. پیچ و مهره ای که مطابق مشخصات روی رزوه های کثیف گشتاور می شود ممکن است کمتر از نیمی از نیروی گیره طراحی شده را ایجاد کند، در حالی که همین گشتاور روی رزوه هایی که با یک ترکیب تایید نشده روغن کاری شده اند، می تواند تسلیم پیچ را بیش از حد کشش دهد. به همین دلیل است که هر مشخصات سازنده شامل شرایط رزوه می‌شود: تمیز کردن، در صورت لزوم، نخ‌ها را با یک شیر ته‌نشینی تعقیب کنید، و فقط از روان‌کننده مشخص‌شده استفاده کنید - خواه روغن موتور تمیز، روغن مونتاژ خاص یا رزوه‌های خشک باشد. نوع روان کننده ضریب اصطکاک را تغییر می دهد و مشخصات گشتاور برای آن ضریب خاص ایجاد شده است. جایگزینی یک روان کننده مجموعه مولیبدن-دی سولفید روی رزوه های مشخص شده برای روغن موتور می تواند اصطکاک را به طور چشمگیری کاهش دهد که پیچ قبل از رسیدن به گشتاور هدف تسلیم شود.

حالت های رایج شکست و علل ریشه ای آنها

خرابی پیچ سر سیلندر به ندرت خودبخودی است - آنها از الگوهای قابل پیش بینی با دلایل قابل شناسایی پیروی می کنند. درک این الگوها به تکنسین این امکان را می دهد که به جای تعویض پیچ و مهره و امیدوار نبودن مشکل مجدداً، خرابی را تشخیص دهد.

شکستگی گردن زیر سر پیچ

پیچ و مهره‌ای که در محل اتصال ساق و فلنج سر می‌چسبد، به دلیل استفاده مجدد از پیچ TTY، استفاده نادرست از مشخصات گشتاور، یا عدم تطابق روغن‌کاری رزوه، بیش از حد گشتاور شده است. سطح شکستگی معمولاً الف را نشان می دهد شکست شکل پذیر فنجانی و مخروطی کلاسیک با کاهش گردن در قطر ساقه قابل مشاهده است. رفع رویه ای است: پیچ و مهره های جدید، مشخصات گشتاور تأیید شده، و آماده سازی صحیح رزوه.

شکست خستگی وسط ساقه

پیچ و مهره ای که در بخش رزوه دار یا وسط ساقه با سطح شکستگی صاف و مشخص شده در ساحل شکسته می شود به دلیل خستگی چرخه ای شکست خورده است. این نشان می دهد که پیچ پیش بار کافی برای بسته نگه داشتن اتصال تحت فشار سیلندر به دست نیاورده است. هر چرخه احتراق، سر را کمی از بلوک دور می‌کرد و به‌صورت دوره‌ای پیچ را بار می‌کرد تا ترک خورد. علت اصلی این است کم گشتاور مزمن، اغلب ناشی از رزوه های کثیف، خرابی آچار گشتاور یا پیچ و مهره TTY کشیده شده که دوباره استفاده می شود. .

تردی هیدروژنی

اتصال دهنده های با استحکام بالاتر از سختی تقریباً 36 HRC مستعد شکنندگی هیدروژن هستند، جایی که هیدروژن اتمی در ساختار دانه فولادی پخش می شود و باعث شکستگی بین دانه ای شکننده می شود. شکست اغلب رخ می دهد ساعت ها یا روزها پس از نصب، با شکستن پیچ در حالت استراحت . منبع معمولاً قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی اسیدی در حین ساخت یا تمیز کردن، یا محصولات جانبی احتراق خورنده در شکاف واشر سر است. سطح شکست تحت بزرگنمایی دانه ای و بین دانه ای به نظر می رسد، بدون تغییر شکل شکل پذیر ناشی از شکست اضافه بار.

آماده سازی حفره و خطر قفل سیال پنهان

سوراخ های سر پیچ در بلوک سوراخ های کوری هستند که می توانند روغن، مایع خنک کننده یا حلال تمیز کننده را به دام بیندازند. هنگامی که یک پیچ به یک سوراخ کور پر از مایع رزوه می شود، سیال در زیر پیچ گیر می کند و نمی تواند فشرده شود. با پیشروی پیچ، فشار هیدرولیک در حجم محبوس شده ایجاد می شود. این فشار می تواند نیروی کافی را اعمال کند بلوک چدنی یا آلومینیومی در پایه سوراخ را ترک کنید ، یک شکست فاجعه بار و اغلب غیرقابل ترمیم. پیشگیری مطلق است: هر سوراخ پیچ کور باید با هوای فشرده و یک حلال مناسب کاملاً تمیز شود، سپس قبل از نصب پیچ و مهره، با بوروسکوپ یا کاوشگر بازرسی شود. تعقیب نخ با یک شیر کف و به دنبال آن شستشو با حلال و خشک کردن هوا حداقل روش است. حتی چند قطره روغن باقیمانده می تواند یک بلوک را در زمانی که پیچ به گشتاور نهایی هدایت می شود، ترک کند. این مرحله اختیاری نیست و یکی از شایع ترین علل آسیب بلوک در هنگام تعویض واشر سر است.

انتخاب مواد و مسئله نرخ انبساط

موتورهای مدرن سرسیلندرهای آلومینیومی را با بلوک‌های چدنی یا آلومینیومی جفت می‌کنند و ناهماهنگی موادی ایجاد می‌کنند که پیچ‌های سرسیلندر باید آن را در خود جای دهند. آلومینیوم تقریباً منبسط می شود دو برابر نرخ چدن - تقریباً 23 x 10-6 در هر درجه سانتیگراد در مقابل 11 x 10-6 . هنگامی که یک سر آلومینیومی روی بلوک آهنی از دمای محیط به دمای عملیاتی گرم می شود، سر بیشتر از بلوک رشد می کند و بار گیره روی پیچ ها را افزایش می دهد. پیچ ها باید با محدوده کشش الاستیک کافی طراحی شوند تا این انبساط دیفرانسیل را بدون تسلیم جذب کنند. در موتورهای با بلوک آلومینیومی و سر آلومینیومی، نرخ انبساط مطابقت دارد، اما مدول پایین‌تر آلومینیوم به این معنی است که سوراخ‌های رزوه‌دار بیشتر مستعد ضربه‌زدگی و بیرون کشیدن نخ هستند. بسیاری از موتورهای بلوک آلومینیومی پیچ‌های گشتاور تا تسلیم را مشخص می‌کنند زیرا بار گیره ثابت نصب TTY حاشیه ایمنی را در برابر استحکام رزوه پایین ماده اصلی آلومینیومی فراهم می‌کند.

سر ناودانی پس از فروش و ارتقاء نیروی گیره

برای کاربردهای با کارایی بالا که در آن فشار سیلندر بیشتر از پوشش اولیه طراحی شده است، سر ناودانی به عنوان راه حل گیره جایگزین پیچ های سر می شود. یک گل میخ به اندازه انگشت در بلوک رزوه می شود و با یک مهره در بالا محکم می شود و تنش ترکیبی پیچشی و کششی را که پیچ در حین سفت شدن تجربه می کند، از بین می برد. یک پیچ باید به طور همزمان بپیچد و کشیده شود. یک گل میخ بارگذاری شده است هنگامی که مهره سفت می شود، صرفاً در کشش، بار گیره ثابت تری ایجاد می کند و خطر گاز گرفتن نخ در بلوک را کاهش می دهد. . ناودانی با کارایی بالا از موادی مانند فولاد ابزار H11 یا کرومولی 8740 سفارشی با استحکام کششی بیش از 190000 psi تولید می‌شوند که به طور قابل توجهی بالاتر از درجه‌های پیچ OEM است. روش نصب گل میخ با پیچ و مهره ها متفاوت است: گل میخ با حداقل گشتاور در رزوه های تمیز نصب می شود، اغلب با یک ترکیب قفل کننده نخ در سمت بلوک، و مهره با روان کننده مونتاژ مشخص شده سازنده روی رزوه ها و فلنج مهره گشتاور می شود. مشخصات گشتاور برای مجموعه گل میخ و مهره با مشخصات پیچ و مهره متفاوت است و باید از اطلاعات سازنده گل میخ گرفته شود، نه کتابچه راهنمای OEM.

ارزیابی قابلیت استفاده مجدد برای پیچ و مهره های غیر TTY

هنگامی که سازنده اجازه استفاده مجدد از پیچ های استاندارد سرسیلندر را می دهد، پیچ ها باید قبل از بازگشت به سرویس، یک بازرسی ابعادی را پشت سر بگذارند. اندازه گیری های حیاتی هستند طول کلی در مقایسه با مشخصات، قطر ساقه در چندین نقطه در امتداد بخش بدون رزوه، و وضعیت رزوه تحت بزرگنمایی . پیچ و مهره ای که به طور دائم کشیده شده است، بیشتر از حد تعیین شده اندازه می گیرد و قطر ساقه آن در ناحیه کشیده کاهش می یابد. هر گردن زدن، مهم نیست که چقدر ظریف، پیچ را رد صلاحیت می کند. رزوه ها باید از نظر تهوع، سوراخ شدن خوردگی و تغییر شکل تاج بررسی شوند. یک پیچ با رزوه های آسیب دیده خوانش گشتاور نادرست و بار گیره ناسازگار ایجاد می کند. اگر هر یک از پیچ‌ها در یک مجموعه بازرسی نشد، کل مجموعه باید تعویض شود - مخلوط کردن پیچ‌های جدید و مستعمل روی همان سر سیلندر، توزیع نیروی گیره‌ای ناهموار ایجاد می‌کند که آب‌بندی واشر سر را به خطر می‌اندازد.

• اندازه گیری طول کلی در برابر مشخصات کارخانه؛ هر گونه کشیدگی دائمی پیچ را از بین می برد.
• قطر ساقه را در قسمت بدون رزوه میکروفون کنید. هر گونه کاهش نشان دهنده تغییر شکل پلاستیک است.
• رزوه‌ها را تحت بزرگنمایی بررسی کنید تا از نظر تهوع، حفره یا صاف شدن تاج وجود داشته باشد.
• در صورت عدم موفقیت در بازرسی، کل مجموعه را تعویض کنید.

نصب موتور سرد ضروری است

پیچ های سرسیلندر باید روی موتور کاملا سرد نصب شوند. مشخصات گشتاور و اندازه گیری زاویه در دفترچه راهنمای سرویس برای کالیبره شده است دمای محیط، معمولاً 20 تا 25 درجه سانتی گراد (68 درجه فارنهایت تا 77 درجه فارنهایت) . موتوری که حتی در لمس گرم است منبسط شده است و انبساط حرارتی شرایط اصطکاک و روابط ابعادی را که مشخصات فرض می‌شود تغییر می‌دهد. پیچ و مهره ای که روی یک موتور گرم گشتاور می شود، هنگامی که موتور به دمای محیط باز می گردد، کمتر گشتاور می شود. کمبود بار گیره ممکن است باعث خرابی فوری نشود، اما حاشیه در برابر فوران واشر سر را کاهش می دهد، به ویژه در شرایط بار بالا. موتور باید در طول شب یا حداقل چند ساعت بماند تا زمانی که تمام اجزا قبل از انجام توالی گشتاور نهایی در دمای اتاق ثابت قرار گیرند.