阅读说明：本技术 一种防止漏烟的异形波形衬垫 (Special-shaped waveform liner capable of preventing smoke leakage ) 是由 刘云霞 谢亮 黄兰杰 赵祎 黄立荣 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种防止漏烟的异形波形衬垫,属于密封垫技术领域,包括衬垫本体、设置在衬垫本体两侧的两个安装孔以及分别设置在两个安装孔旁边的两个定位孔；衬垫本体由形状大小结构都一致的波形垫片一、波形垫片二以及波形垫片三三层波形垫片点焊在一起构成；“波形垫片”由本体段、斜面段及平面段一体成型；斜面段及平面段在排气孔密封区形成凸筋；波形垫片一与波形垫片二相对设置,两者的本体段紧密贴合焊接在一起,波形垫片三与波形垫片二相对设置,两者的平面段紧密贴合焊接在一起；波形垫片三与波形垫片一平行设置。本发明在保证外形安装尺寸不变的情况下,利用波形弥补了安装时螺栓预紧造成的衬垫变形,保证了衬垫的密封性。(The invention discloses a special-shaped waveform gasket for preventing smoke leakage, which belongs to the technical field of sealing gaskets and comprises a gasket body, two mounting holes arranged at two sides of the gasket body and two positioning holes respectively arranged beside the two mounting holes; the gasket body is formed by spot welding a first waveform gasket, a second waveform gasket and a third waveform gasket which are consistent in shape, size and structure; the 'wave-shaped gasket' is formed by integrally forming a body section, an inclined plane section and a plane section; the inclined plane section and the plane section form a convex rib in the exhaust hole sealing area; the first wave-shaped gasket and the second wave-shaped gasket are oppositely arranged, the body sections of the first wave-shaped gasket and the second wave-shaped gasket are tightly jointed and welded together, the third wave-shaped gasket and the second wave-shaped gasket are oppositely arranged, and the plane sections of the first wave-shaped gasket and the second wave-shaped gasket are tightly jointed and welded together; the wave-shaped gasket III is arranged in parallel with the wave-shaped gasket I. Under the condition of ensuring that the appearance installation size is not changed, the invention utilizes the waveform to compensate the deformation of the gasket caused by bolt pre-tightening during installation, thereby ensuring the sealing property of the gasket.)

一种防止漏烟的异形波形衬垫

技术领域

本发明涉及密封垫技术领域，尤其是一种防止漏烟的异形波形衬垫，用于柴油机排气总管与缸盖连接处。

背景技术

柴油机排气总管与缸盖之间采用非金属复合材料密封垫密封，密封垫通气口带耐热钢包边，石棉板基体结构，然后用两根紧固螺栓拧紧，保证该连接部位的密封性。但在柴油机的使用过程排气总管与缸盖连接面会出现缝隙而密封不严，高温废气将从该缝隙处窜出，也即通常所说的漏烟，高温废气冲刷的部位将出现黑色积碳，同时，排气总管衬垫石棉板制成的基体部分将会被高温废气烧蚀。如图1、2所示。

排气总管与缸盖连接处在柴油机使用过程存在漏烟情况，造成排气总管衬垫烧蚀，影响柴油机的正常使用。通过实际测量测螺栓拧紧状态下的载荷及仿真分析，发现原衬垫存在变形情况。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种防止漏烟的异形波形衬垫，将衬垫的通气口位置设置成具有一定波形高度的三层垫片，并将三层垫片进行特殊结构组合，既满足了排气管的安装和密封要求，又解决了排气管衬垫在使用过程被呲坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种防止漏烟的异形波形衬垫，包括衬垫本体、设置在衬垫本体两侧的两个安装孔以及分别设置在两个安装孔旁边的两个定位孔；衬垫本体由形状大小结构都一致的波形垫片一、波形垫片二以及波形垫片三点焊在一起构成；波形垫片一、波形垫片二以及波形垫片三均由本体段、斜面段及平面段一体成型；斜面段及平面段在排气孔密封区形成凸筋；波形垫片一与波形垫片二相对设置，两者的本体段紧密贴合焊接在一起；波形垫片三与波形垫片二相对设置，两者的平面段紧密贴合焊接在一起；波形垫片三与波形垫片一平行设置。

本发明技术方案的进一步改进在于：波形垫片一、波形垫片二以及波形垫片三均为不锈钢材质。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述坡面段的水平长度L为2mm。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述本体段与平面段的垂直距离H为0.6±0.1mm。

本发明技术方案的进一步改进在于：波形垫片一、波形垫片二以及波形垫片三的材质均采用12Cr17Ni7-GB/T3280。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明采用纯金属不锈钢材料作为衬垫，即使漏烟也不会烧坏衬垫。

2、本发明将衬垫设置成具有一定波形高度的三层垫片，并将三层垫片进行特殊结构组合，通气口位置设置成凸筋，既满足了排气管的安装和密封要求，又解决了排气管衬垫在使用过程被呲坏的问题。

3、本发明在安装孔的旁边设置定位孔，保证了衬垫安装时的定位，防止衬垫的错位，同时也保证了三层波形垫片组合时的定位精准，更加保证了衬垫的密封性能。

4、本发明在保证外形安装尺寸不变的情况下，利用波形弥补了安装时螺栓预紧造成的衬垫变形，有效的保证了衬垫的密封性。

附图说明

图1是排气总管衬垫的安装示意图；

图2是原衬垫结构示意图；

图3是本发明整体结构示意图；

图4是本发明A-A放大剖示图；

图5 是衬垫装配三维模型；

图6 是装配体网格剖分模型；

图7 是装配体等效应力云图；

图8是衬垫压紧应力云图；

图9是装配体Z方向位移云图；

图10是衬垫Z方向位移云图。

其中，1、排气总管，2、螺栓，3、衬垫，4、缸盖，5、不锈钢包边，6、石棉板，7、双面立钩板，8、衬垫本体，9、安装孔，10、定位孔，11、凸筋，11-1、波形垫片一，11-2、波形垫片二，11-3、波形垫片三。

具体实施方式

本发明是针对柴油机排气总管与缸盖连接处在使用过程存在漏烟情况，容易造成排气总管衬垫烧蚀而设计的一种防止漏烟的异形波形衬垫，在保证外形安装尺寸不变的情况下，利用波形弥补了安装时螺栓预紧造成的衬垫变形，保证了衬垫的密封性。

下面结合图1～10对本发明做进一步详细说明：

如图3、4所示，一种防止漏烟的异形波形衬垫，包括衬垫本体8、设置在衬垫本体8两侧的两个安装孔9以及分别设置在两个安装孔9旁边的两个定位孔10；衬垫本体8由形状大小结构都一致的波形垫片一11-1、波形垫片二11-2以及波形垫片三11-3点焊在一起构成；波形垫片一11-1、波形垫片二11-2以及波形垫片三11-3均由本体段、坡面段及平面段一体成型；坡面段及平面段在排气孔密封区形成凸筋11；波形垫片一11-1与波形垫片二11-2相对设置，两者的本体段紧密贴合焊接在一起；波形垫片三11-3与波形垫片二11-2相对设置，两者的平面段紧密贴合焊接在一起；波形垫片三11-3与波形垫片一11-1平行设置。

波形垫片一11-1、波形垫片二11-2以及波形垫片三11-3均为不锈钢材质，材质均采用12Cr17Ni7-GB/T3280。

所述坡面段的水平长度L为2mm。

所述本体段与平面段的垂直距离H为0.6±0.1mm。

工作原理：

如图1所示：排气总管1、衬垫3、缸盖4通过螺栓2紧固在一起，衬垫3起密封作用。

排气总管1材料为SiMo51；螺栓2材料为42CrMo；缸盖4材料为HT250；

如图2所示，衬垫3材料为石棉加立构板复合材料，包括不锈钢包边5、石棉板6、双面立钩板7。

通过实际测量螺栓2拧紧状态下的载荷及仿真分析，发现衬垫3存在变形情况：

（1）测量衬垫3实际受力情况

对螺栓2按照装配要求施加65Nm的拧紧力矩，经过多次拧紧、卸载，对实验数据进行处理后，得到该状态下螺栓对环形测力传感器的压力约为2040kg，取重力加速度为9.8m/s²，可以换算成预紧力为19992N，因此单个螺栓的载荷为19992N。

（2）衬垫3装配仿真计算

对缸盖4以及排气总管1进行三维模型的简化，简化后的装配模型如图5所示。

在abaqus中设置相应的材料属性并赋予相应的截面，设置螺栓2与缸盖4接触部分为绑定接触，设置螺栓2-排气总管1、排气总管1-衬垫3、衬垫3-缸盖4为摩擦系数为0.1的有摩擦接触，在图5箭头的截面上对两个排气管螺栓2分别施加大小为20000N（已通过实验校准）的预紧力，对缸盖4的底面施加位移全约束，分别对各个零部件进行网格剖分，如图6所示。

对计算结果进行分析，螺栓预紧力施加后，装配体的等效应力云图如图7所示，可以看出应力较大的区域主要分布在螺栓2上。衬垫3表面承受压紧力云图如图8所示，压紧力最大的部分出现在衬垫3两个螺栓2附近的环形金属面上，这是由于螺栓2拧紧产生的局部压应力激增的现象。装配体在竖直方向上的位移云图如图9所示，可以看出螺栓2拧紧后螺栓头部在U型槽口开口处有下陷的趋势，排气总管1部分有向上凸的变形趋势。图10为衬垫3的变形位移云图，对变形趋势放大200倍后可以看出螺栓2拧紧状态下衬垫3发生了扭曲变形。

分析了衬垫3的密封压力分布和高温下材料性能变化及热膨胀导致的密封压力变化趋势。在600℃工况下，零件的热膨胀系数的不同和高温导致的材料弹性模量的下降，因此会导致衬垫3上的密封压力下降严重，衬垫3已接近线接触状态，极易导致排气总管漏烟故障。

根据仿真分析结果，本发明设计了一种防止漏烟的异形波形衬垫，在保证外形安装尺寸不变的情况下，利用波形弥补安装时螺栓预紧造成的衬垫变形，保证其密封性，改进后的衬垫结构如图3、4所示。

根据实际测量螺栓2拧紧力矩65Nm时，单个螺栓的载荷为19992N，衬垫3承受的螺栓总载荷：2×19992=39984N；设计衬垫3波形总线长：200mm，螺栓载荷分配到线长上，计算线压：39984N/200mm=199.92N/mm。

根据衬垫3的压缩特性曲线，单层衬垫压紧需要的线压约为180N/mm，所以一层衬垫的波形是不能满足要求的，考虑安全系数，衬垫3选用3层波形垫片点焊在一起，满足设计要求。

综上所述，本发明将衬垫的通气口位置设置成具有一定波形高度的三层垫片，并将三层垫片进行特殊结构组合，既满足了排气管的安装和密封要求，又解决了排气管衬垫在使用过程被呲坏的问题；在保证外形安装尺寸不变的情况下，利用波形弥补了安装时螺栓预紧造成的衬垫变形，保证了衬垫的密封性。