摘要：本文分析了发动机安装支架和发动机支架的疲劳断裂问题。对螺栓的宏观、扫描电镜、化学成分和金相分析进行了分析，并对同一批次螺栓进行了力学性能试验。在各种物理化学试验的基础上，结合显微断裂和断裂机理，分析了螺栓的断裂原因。
关键词：汽车；悬置螺栓；失效分析
1前言
在开发多车发动机支架的过程中，将车辆用于发动机锻造钢悬架。在常规车辆的道路试验中，连接螺栓和螺栓断裂。本文从螺栓、螺柱断裂类型、螺栓连接强度计算和结构设计等方面分析了连接失效分析，并提出了改进建议。
2分析的内容
2.1分析样本
分析样品是一个完整的螺栓失效螺栓和失效螺栓。完整的螺栓是全新未使用的。
2.2分析内容
进行了断裂分析、化学成分分析、硬度测试、金相分析、扫描电镜和能谱测试。对完整的螺栓进行了化学成分分析、硬度测试、拉伸试验和金相分析。
2.2.1宏观断口分析。
断裂的连杆被分成两部分：螺纹部分的断裂部分留在连杆的深孔中，螺栓的另一部分暴露在外。打开螺丝孔后，将断头取出，螺孔内螺纹有外拉的痕迹。通过与相同模型的完全螺栓比较，发现螺栓的断裂位置位于螺纹的第一齿位置，螺纹部分没有明显的塑性变形。由于暴露螺钉的二次损伤，存在明显的多重冲击痕迹，杆体严重变形。虽然断裂具有一定的疲劳特性，但断裂边缘明显受到破坏。因此，暴露的螺杆部分没有断裂分析值。
2.2.2化学成分分析
样品采用螺栓，化学成分符合设计人员的技术要求。
2.2.3光学金相分析。
对失败螺栓基体的金相组织进行分析，组织相对均匀。在螺栓表面附近的组织形态学中未发现明显的脱碳。金相检查未发现异常。
2.2.4硬度分析。
结果表明，断裂螺栓的硬度与设计要求一致。
2.2.5SEM分析
采用扫描电子显微镜观察螺栓孔内的断裂情况，发现裂纹源位于断裂边缘。源区域面积较小，瞬时区域面积约为1/2。通过安装位置对准，线的螺纹有向外拉的位置。源区域的部分增大，疲劳阶段从断裂边缘开始，有许多与裂纹扩展方向垂直的小的疲劳条纹。
在源区没有明显的夹杂物和不均匀的冶金缺陷。随着裂纹扩展，疲劳条纹变得越来越长。在裂缝快速膨胀区，有一个明显的酒窝形状。扫描电镜（sem）在螺纹上观察，发现裂纹与断裂源部分平行。横截面的外表面有许多微裂纹。螺纹表面没有明显的加工缺陷。螺杆断裂为多个断口源，断裂源集中在截面的同一侧，锚杆和瞬态断裂带占整个断裂的比例（近1/2），这是典型的大应力低周疲劳断裂特征。通过对螺纹的观察，发现加工缺陷引起的应力集中，除了疲劳裂纹外，没有发现。因此，扫描电子显微镜（sem）的结果表明，连杆的断裂是在高单向弯曲循环加载作用下形成的。
3基于VDI2230方法的连接计算分析。
机械设计手册主要是指国家标准的螺栓连接计算方法。与VDI2230的计算方法相比，计算方法略粗糙，前考虑不全面。本文采用VD12230方法计算悬吊支架的连接，从表面处理、摩擦系数、结构尺寸、预紧力矩等方面分析了螺栓的连接强度。通过道路光谱采集，获得了悬吊支架的载荷和横向载荷，并得到了悬架的横向载荷。通过实验得到了连接结构的摩擦系数。
表一：摩擦系数
（1）使用VDI2230方法（MDESIGN分析软件）的帮助下，螺栓疲劳应力幅值是80mpa，电泳锻钢悬置支架的抗滑安全系数引擎联接螺栓底部SG=1.5，小于VDI2230SG1.8或更高的设计要求、安全系数；锻钢支架山经过电泳处理（相对结表面之间的摩擦系数是0.18），，通过嵌入预应力损失预紧的损失（VDI2230嵌入式）。因为螺栓利用率是72.3%，可以满足连接的安全系数增加扭矩。然而，螺栓的应力幅值很小，当扭矩接近屈服时，螺栓的应力幅值仍然高达71MPa。
（2）如果连接支撑面不进行电泳（螺栓的摩擦系数为0.23），则螺栓连接防滑的安全系数为SG=1.92，满足连接安全系数的要求；螺栓应力幅值为62MPa，不满足螺栓疲劳应力的要求。
（3）采用电导支架，然后螺栓扭矩增加，使螺栓计算利用率达到95%，螺栓疲劳应力幅值仍高达56mpa，仍然不能解决螺栓疲劳应力幅值过大的问题。结果表明，单纯增加预应力不能解决锚杆的疲劳破坏，表明锚杆应力幅值过大，导致螺栓疲劳断裂。
（4）通过增加基础凸集的3毫米直径，增加的面积的利用率95%结表面和螺栓，螺栓应力幅值明显降低，增加了底座直径的螺栓疲劳失效后问题解决了道路试验。指出零件结构的尺寸设计对螺栓连接的疲劳性能有重要影响，是提高螺栓连接在允许结构下的疲劳性能的一种方法。
（5）当然，在这种连接结构中，在弯矩作用下，3个紧固点分布，在弯矩作用下容易发生接触面积，在螺栓应力打开后会急剧增加，最终导致疲劳失效。如果你考虑在三角形分布中变化的扣分，可以有效地减少弯曲力，在三个螺栓上的载荷分布可以更均匀，防止单个螺栓发生早期疲劳断裂失效。然而，在发动机室空间中，很难进行有足够空间的三角形连接布置。
4结果
失效螺栓的化学成分、显微组织和硬度均符合相关技术条件，未发现明显的加工缺陷。通过SEM断口观察，该螺栓的断裂具有低周弯曲疲劳断裂的特点。分析表明，锚杆首先受高循环的弯曲荷载作用，产生早期疲劳条纹，并在较大的应力下断裂。由于发动机在螺栓断裂后没有停止运行，在不稳定状态下的强应力导致连杆的弯曲变形和断裂。失效螺栓在高应力下弯曲疲劳断裂，不存在加工缺陷。通过螺栓和连杆盖，连接杆体形式的安装，以及断裂分析的螺栓疲劳裂纹扩展方向，弯曲应力方向应在连杆螺栓所承受的范围内，以及从内到外的两个固定的平面方向螺栓。
5结束语
失效螺栓断裂类型为发动机安装疲劳断裂，结合两个接头螺纹部分的断裂位置，通过金相检验和硬度测试合格，在扫描电镜（sem）螺栓下观察到微裂纹无异常，螺栓的疲劳断裂是正常的。螺栓连接的疲劳失效不是由螺栓的质量问题引起的，但设计是不合理的。
电泳涂料在安装支架表面上的表面处理以及由于材料的嵌入而造成的表面粗糙度对连接预张力有很大的损失。采用相同的拧紧力矩，不同接头的摩擦系数对连接的安全系数有直接影响，应在设计开始时进行评估。紧固点布置和零件尺寸优化设计的合理结构，施加足够的夹紧力，螺栓应力幅值控制可以在设计范围内，可降低螺栓疲劳失效的概率。通过扭矩角度或角度法的装配方法，在屈服点范围内装配螺栓，能有效降低螺栓疲劳应力幅值，提高螺栓的疲劳寿命，从而为客户提供高质量的产品。
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论文作者:姚瑶
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/23
标签：螺栓论文; 疲劳论文; 应力论文; 金相论文; 裂纹论文; 支架论文; 摩擦系数论文; 《基层建设》2018年第6期论文;