一种缸盖螺栓自动均载方法技术领域
本发明涉及缸盖技术领域，尤其涉及一种内燃机缸盖螺栓自动均载方法。
背景技术
内燃机车缸盖螺栓是连接内燃机气缸盖和机体的关键受力构件，其采用高强度螺
栓组。该螺栓组在工作过程中承受预紧力、动应力和热应力的共同作用，并且各个螺栓上的
受力是极不均匀的，极易造成个别螺栓超载，引起塑性变形或疲劳破坏或气缸盖的变形，是
气缸盖与机体间的密封性变差，产生漏气现象，导致内燃机动力下降或一些恶性事故的发
生。因此，如何解决缸盖螺栓组的均载和防止断裂问题，是目前急需解决的关键问题之一。
随着科学技术的发展，工程结构的建设规模日益大型化和复杂化，对其质量的要
求日趋严格。NiTi系形状记忆合金具有稳定的形状记忆和超弹性功能，同时还具有优良的
加工性、强度、耐磨性、耐腐蚀性和生物相容性等性能，在工业自动化、航天航空、医疗卫生、
仪器仪表及机械制造等工业领域得到广泛应用。NiTi系形状记忆合金可以可制成各种连接
紧固件，如管接头，紧固圈、连接套管和紧固铆钉等。同时NiTi系形状记忆合金也是制造驱
动器和制动器的优异材料。在医学上，NiTi合金与不锈钢、钴铬合金相比，具有更为优良的
生物相容性和低生物蜕变性。
CN 102518640 A公开了一种与现有传统高碳钢、不锈钢等传统材料弹性垫片相同
规格、相同形状垫片，主要适于电力设备接头的记忆合金材料弹性垫片，其采用(52％)NiTi
合金，其用于有电流流过的电力设备接头或有温度变化要求的各种接头处，因工频震动产
生螺栓松动而发热时弹簧垫片将产生温度形变力，此力会增加连接处的压力减少接头处接
触电阻来抑制发热，从而节约能源，保障安全。
然而，现有技术多集中于对螺栓本身或螺栓装配方法的改进，而没有一种简单的
方法来改善螺栓的均载。
发明内容
本发明的目的在于提出内燃机缸盖螺栓自动均载方法，该方法能够实现自动均在
传力，解决缸盖螺栓受力不均、超载断裂问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种内燃机缸盖螺栓自动均载方法，其在缸盖螺栓上安装NiTi合金垫片，所述合
金垫片中Ni:Ti摩尔比为50.8:49.2。
本发明的NiTi合金属于形状记忆合金，形状记忆合金是一类基于热弹性马氏体相
变而具备形状记忆效应的金属材料，这类材料的相变特性除了与温度的依存关系外，还与
应力(或应变)密切相关。在以应变—温度特性描述合金的记忆特性时，通常还必须将应力
作为一个约束条件，也就是说，当应力不同时，它的应变—温度特性也会产生变化。因此在
记忆合金的应用研究中，必须将应力、应变和温度同步地进行考虑。记忆合金的特性与合金
内在的相变过程密切相关，在NiTi合金中除马氏体相变外，还存在一类R相变，使得合金相
变和记忆特性变得更为复杂。
本发明经过众多配比，发现只有当Ni:Ti摩尔比为50.8:49.2时，本发明的螺栓才
能自动均载、传力。
本发明的特定NiTi合金的选择，是基于大量实验与理论推导得出的，其不是通过
有限次试验即可确定的。本发明的NiTi合金无约束状态下的合金电阻随温度的变化可知，
该合金在降温过程中先期形成R相，随着温度进一步降低又发生了M相变。在M相变完成后，
升温过程中会出现M→B2(母相)逆向转变，其相变温度为:Rs＝318K；Rf＝300K；Ms＝275K；
Mf＝260K；As＝315K；Af＝325K。由此可以看出，在降温过程中发生了两次相变，B2→R→M，
而在升温时，M直接转变成B2相，而没有经历R相变。其余NiTi合金由于不具备该相变特性，
而不能简单替代本发明的NiTi合金材料。
本发明曾经尝试采用52:48的NiTi合金材料制作垫片，但得到的垫片在缸盖螺栓
的使用中，并不能完全均载传力，达不到本发明的技术要求。
本发明的NiTi合金垫片，对形状、规格没有特定要求。其可以与现有传统高碳钢、
不锈钢等传统材料弹性垫片相同规格、相同形状垫片。
本发明的缸盖螺栓自动均载方法，通过采用特别的NiTi合金垫片，实现自动均载
传力，解决缸盖螺栓受力不均、超载断裂问题。经实际使用验证，才用本发明的方法，10000
条螺栓都未出现受力不均、超载断裂的问题。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
通过常规制备制备方法，得到(50.8)NiTi合金垫片，将其应用于东风4B内燃机车
柴油机缸盖螺栓上，并跟踪柴油机台架试验的各个工况，测试其螺栓静动态应力大小。
静态测试时应变片输出的信号由YJ-25静态应变仪接收并记录，动态测试时应变
片输出的信号由MCC-8A动态应变仪接收，采用MR-30磁带记录仪记录各种信号，并通过
CS2092信号分析仪实时分析螺栓组在工作过程中的各种动态信号。
在缸盖螺栓按规定力矩扭紧后，测试第4缸和第12缸预紧力的大小，测试结果表
明，加装本发明的NiTi合金垫片对缸盖螺栓的平均预紧力没有影响，但是缸盖各螺栓之间
的预紧力不均匀程度由普通垫片的14.2降低到3.8。
跟踪柴油机台架试验的各主要工况，分别测试第4缸和第12缸在工作状态下的螺
栓动态应力，其结果可以看出，加载本发明的NiTi合金垫片后，缸盖螺栓的动应力明显降
低。在功率为2646kW时，其动应力相较于加载普通垫片降低了12，不均匀度由21.9降低到
3.6-5.8。
上述试验证明，加载本发明的NiTi合金垫片后，各螺栓组之间的不均匀度得到调
整，动应力明显降低，因此具有显著的均载传力及防治螺栓断裂的效果。