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螺栓疲勞斷裂的案例分析

日期:2025-03-15 02:26
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摘要:螺栓疲勞斷裂的案例分析 在車(chē)輛設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和售后實(shí)踐中,,發(fā)生任何一個(gè)螺栓斷裂的問(wèn)題,對(duì)于工程師都是一個(gè)緊急事件,,必須在極有限的時(shí)間內(nèi):尋找出問(wèn)題發(fā)生的根本原因即Root Cause,,解決問(wèn)題,讓開(kāi)發(fā)試驗(yàn)順利進(jìn)行或者解決客戶抱怨,,避免同類(lèi)問(wèn)題的再次發(fā)生,。

螺栓疲勞斷裂的案例分析

在車(chē)輛設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和售后實(shí)踐中,發(fā)生任何一個(gè)螺栓斷裂的問(wèn)題,,對(duì)于工程師都是一個(gè)緊急事件,,必須在極有限的時(shí)間內(nèi):尋找出問(wèn)題發(fā)生的根本原因即Root Cause,解決問(wèn)題,讓開(kāi)發(fā)試驗(yàn)順利進(jìn)行或者解決客戶抱怨,,避免同類(lèi)問(wèn)題的再次發(fā)生,。

 

今天螺絲君,通過(guò)某車(chē)型油箱箍帶螺栓疲勞斷裂的實(shí)例分析過(guò)程,,說(shuō)明當(dāng)螺栓連接失效時(shí),,雖然*后的失效形式表現(xiàn)為螺栓疲勞斷裂,但大多時(shí)候并不是螺栓的質(zhì)量有問(wèn)題,,而是裝配過(guò)程中出了差錯(cuò),,使零件間的匹配不好,導(dǎo)致接頭在工作載荷下發(fā)生夾緊力的衰減,,引起連接失效,。

 

同時(shí),提供一個(gè)解決問(wèn)題的思路,,當(dāng)疲勞斷裂發(fā)生時(shí),,應(yīng)該從哪幾個(gè)方面著手?

  

01問(wèn)題描述

 

202112月,,某車(chē)型在執(zhí)行比利時(shí)路的試驗(yàn)中,,車(chē)尾部底盤(pán)處有咯吱、咯吱異響,,檢查發(fā)現(xiàn)油箱箍帶固定螺栓斷裂,。

 

02螺栓斷口分析

 當(dāng)螺栓斷裂的問(wèn)題發(fā)生后,首先,,拿到斷裂的螺栓,,判斷螺栓斷口的類(lèi)型:疲勞斷裂,韌性斷裂還是螺栓缺陷斷裂,。有經(jīng)驗(yàn)的工程師,,可以目視做一個(gè)大致判斷,在等待試驗(yàn)室的斷口分析報(bào)告時(shí)間里,,可以著手做原因分析工作,。

下圖,是案例中的螺栓斷口電鏡分析圖片,結(jié)論和工程師的經(jīng)驗(yàn)判斷一致:螺栓斷面是疲勞斷裂,。

 上圖疲勞斷口形貌,,與下圖中的螺栓脆性斷口和螺栓缺陷斷口的形貌有極大區(qū)別。

 03疲勞斷裂原因分析

 01同類(lèi)螺栓問(wèn)題追溯

 同一個(gè)螺栓,,會(huì)用在不同的車(chē)型上,,也會(huì)用在同一個(gè)車(chē)型的不同連接點(diǎn)上,排查問(wèn)題螺栓,,一定要追溯先前的問(wèn)題報(bào)告,,本案例中,,螺栓已經(jīng)使用在35臺(tái)各車(chē)型的耐久試驗(yàn)車(chē)輛上,全部通過(guò)全程試驗(yàn),均未出現(xiàn)螺栓斷裂,。

工程師可以基本確定:連接點(diǎn)螺栓的設(shè)計(jì)和供應(yīng)商的質(zhì)量問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)不大。

 

02螺栓設(shè)計(jì)校核

a. 連接螺栓為M10,,8.8級(jí),,擰緊扭矩T=40NM,單個(gè)螺栓的*小軸向緊固力FM=14.5KN,。

可根據(jù)下列公式計(jì)算:

T-擰緊力矩,;Fm-預(yù)緊力;P-螺距,;d2-螺紋中徑,;dh-被聯(lián)接件螺栓孔直徑;dw-螺母或者螺栓法蘭的支承直徑;u=摩擦系數(shù)。

 b. 燃油系統(tǒng)總重力G=717.85N,,單個(gè)螺栓受到的重力G=717.85/4180N,。 c. 單個(gè)螺栓處軸向極限加速度產(chǎn)生的沖擊力:Fz1=62+9.5+1.75/4*10*9.8=1794N d. 油箱單個(gè)螺栓受到的重力與沖擊力之和為:1794N+180N=1974N2KN,。 e. 單個(gè)螺栓提供的橫向摩擦力:Ft=0.15(14.5-2)=1.875KN,按照橫向加速度a=5g計(jì)算,,單個(gè)螺栓所受到的橫向力Fa=717.85/4×5=0.9KN,在極限情況下FtFa,。 綜合上述:螺栓及擰緊力矩,,可以滿足使用要求。

 

03螺栓質(zhì)量檢測(cè)

螺栓疲勞斷裂的案例分析

04被連接件的設(shè)計(jì)校核

 

如果螺栓在連接的時(shí)候,被連接件因?yàn)樵O(shè)計(jì)和制造的原因而沒(méi)有穩(wěn)定的緊密接觸,,即使暫時(shí)達(dá)到了預(yù)期的扭緊力矩,,在有外力沖擊下,連接面很快松動(dòng),,螺栓軸力就會(huì)消失,,使連接失效,螺栓的疲勞斷裂很快,。 校核螺栓連接處的平面,,唯壹的潛在因素是箍帶的彎角,校核箍帶通孔到R角距離:5.40mm,,滿足設(shè)計(jì)要求(5±0.5mm,,螺栓邊緣不會(huì)壓到箍帶R角,螺栓法蘭面會(huì)和箍帶平面貼合良好,。

05裝配記錄追查

車(chē)輛發(fā)生螺栓斷裂時(shí),,**時(shí)間做的應(yīng)該就是追溯車(chē)輛的裝配記錄,查看擰緊標(biāo)識(shí),,排除螺栓沒(méi)有被擰緊,,這個(gè)問(wèn)題發(fā)生的可能性比較小,。

但是,在試驗(yàn)過(guò)程中的車(chē)輛會(huì)因?yàn)椴煌脑虮活l繁更換零件,,很多緊固連接點(diǎn)會(huì)被多次拆卸再裝配,,這時(shí)候?qū)υ囼?yàn)車(chē)輛的拆裝記錄顯得特別重要。

 

06 現(xiàn)場(chǎng)排查

 

螺栓疲勞斷裂的案例分析,,當(dāng)設(shè)計(jì)校核,,產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)審和裝配追溯完成以后,基本可以判定:被連接沒(méi)有被擰緊,,或者即使*初擰緊了,,也是不穩(wěn)定的連接,現(xiàn)場(chǎng)分析不可避免,。 現(xiàn)場(chǎng)分析被連接件,,發(fā)現(xiàn)箍帶兩側(cè)磨損情況不一致(如下圖1所示),箍帶與油箱是線-面接觸(非面-面接觸),,說(shuō)明油箱緊固面與車(chē)架安裝面不貼合(如圖2所示),。 在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí),箍帶傾斜,,螺栓受到外切向力(如圖3所示),,連接面就會(huì)失穩(wěn),造成螺栓軸力消失,,連接失效,,螺栓很快就會(huì)疲勞螺栓斷裂。

 

04 *后經(jīng)過(guò)核查,,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中拆裝油箱時(shí),,因?yàn)橛拖鋬?nèi)有汽油,和初始裝配條件不一樣,,造成了裝配過(guò)程中的裝配困難,,使箍帶偏斜錯(cuò)位,油箱緊固面與車(chē)架安裝面不貼合,,*后造成螺栓疲勞斷裂,。

檢查生產(chǎn)線的工裝,確保不會(huì)有潛在風(fēng)險(xiǎn),。

螺栓疲勞斷裂的案例分析,,更改試驗(yàn)場(chǎng)裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū),不再出現(xiàn)同類(lèi)問(wèn)題,。