某柴油机排气歧管螺栓松动分析与优化设计

范习民，钱德猛，李龙超，崔宁，王强，孙影

（安徽江淮汽车股份有限公司，合肥 230601）

0 引 言

排气歧管是发动机的关键零部件，它将燃烧的废气导入催化器进行后处理，以改善废气的排放性能。如果排气歧管松动，会使废气直接排放到空气中，造成空气污染；而从缸内直接排放的废气温度非常高，可能直接引起管路烧蚀，严重的情况甚至会导致自燃，必须杜绝此类问题的发生。

1 介 绍

某柴油机的蠕墨铸铁SiMo4.5 排气歧管螺栓在进行200 h 交变应力测试后发生松动脱落，该螺栓是六角头螺栓弹簧垫圈组合件，如图1 所示；弹簧垫圈材料为70 钢；采用扭矩法工装，扭矩要求（20±5）N·m。

图1 六角头螺栓弹簧垫圈组合件设计图

2 FTA 分析

为解决排气歧管螺栓松动，进行了FTA 分析，如图2所示。根据FTA 进行了排查，排除了质量、装配和载荷异常问题，所以重点聚焦在设计问题分析方面。

3 螺栓松动分析

如下表1 排气歧管系统各部件材料力学性能一览表所示，六角头螺栓弹簧垫圈组合件70 钢的弹簧垫圈的回火温度为（480±50）℃，在高温作用下，力学性能衰减严重，拧紧力矩会逐渐减小，会引起松动失效，所以建议变更为主流的六角法兰面螺栓设计方案，如图3 所示。同时考虑将原螺栓从45 钢切换成4Cr9Si2 或40Cr 材料，并进行耐热后处理。

图2 螺栓松动FTA 分析示意图

表1 排气歧管各部件材料力学性能一览表

图3 六角法兰面螺栓设计图

3.1 预紧力分析

螺栓拧紧至弹塑性区间的屈服法螺栓预紧力计算公式为：

式中：σ0.2为螺栓材料的最小屈服强度；……