淺析履帶式液壓挖掘機履帶螺栓的斷裂失效

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1、履帶式液壓挖掘機履帶螺栓的斷裂失效分析亞洲富士長林電梯(新余)有限公司(江西338029)鐘翔山長林集團長林機器公司技術部(江西新佘338029)鐘禮耀在履帶式工程車輛中，履帶板是利用履帶螺栓中發(fā)生螺栓在螺紋處擰斷。固定在履帶鏈上，由左右驅(qū)動輪實施驅(qū)動。我公司二、履帶螺栓斷裂分析在試制國內(nèi)某工程機械研究所設計的wY12．5型履帶式液壓挖掘機中，有履帶板86塊，每塊均由4個1．斷裂螺栓形貌檢查履帶螺栓固定于履帶鏈上，是要求可靠性高的聯(lián)接螺栓斷裂位置距螺栓頭35mm左右，處于螺母件。然而，在試制過程中，曾多次發(fā)生履帶螺栓裝支承面或墊

2、圈位置附近，斷口呈明顯的塑性斷裂特配擰斷的重大事故。征，斷口兩側螺栓發(fā)生明顯伸長、縮頸，斷口處螺一紋頂徑由13．3mm縮小為11．34mm。斷口兩側技術要求及裝配條件各3個螺距范圍內(nèi)由9ram{d0長為13．04mm。螺栓桿設計的履帶螺栓形狀如圖1所示，材質(zhì)為40Cr部由60mml"l~長為65mm。螺栓頭部下的凸臺已擰鋼，熱處理要求：調(diào)質(zhì)230～269HBw，SR20mm擠至平，下陷達0．2ram左右。球面淬火50～55HRC。隨機拆卸裝配后的履帶螺栓進行檢查發(fā)現(xiàn)，在對應于斷裂位置附近的螺紋均有程度不同的較明顯伸長和縮頸。這些

3、螺栓雖未斷裂，但按使用要求均屬失效，不能安全服役。圖1履帶螺栓2．理化分析根據(jù)螺栓特性，擬訂生產(chǎn)流程為：棒料調(diào)質(zhì)對斷裂螺栓進行了理化分析：螺桿部的硬度為232～237HBWI金相組織為較均勻的回火索氏體，表面無脫碳，化學分析確認為40Cr鋼。分析表明，材質(zhì)及熱處理均符合設計要求。3．斷裂機理一穿用配的過；。光螺裝履孔母帶后配固時板加緊彈，、履簧，帶墊如螺鏈圈圖栓節(jié)，2一／／—‘fr—IV／／／／／／一／．4斷裂是擰緊力矩超過螺栓強度引起。在擰緊過程中，螺栓在擰緊力矩作用下，發(fā)生塑性伸長和頸縮。隨擰緊力矩不斷加大，縮頸加劇。當截面

4、縮小到不足以抵抗外力作用時，在擰緊力矩引起的拉扭合力作用下而被擰斷，從斷面形貌及螺桿伸長、縮頸的情況可以肯定，此螺栓的韌性、塑性相當好。2‘2‘ww~．me妻挈!期謦峰臻哮爭?！甭?．r熱??加工to1worklnflg$O．comEch強度太低，裝配條件要求太高，零件滿足不了裝配4．失效原因分析要求。裝配過程中的螺栓失效、斷裂均發(fā)生在擰緊(1)擰緊螺栓的受力分析在擰緊時，擰緊過程的低扭矩狀態(tài)，而不是超負荷所引起的，可以力矩使螺栓擰緊而在螺栓與被聯(lián)接件間產(chǎn)生預緊排除裝配正確性方面的因素。力。預緊力使螺栓受軸向拉力F。按國標螺紋參

5、數(shù)制造的螺紋，研口F之間有如下數(shù)學關系：5．防止履帶螺栓失效的方法及效果T=0．28d2F(1)把履帶螺栓的強度提高到裝配應力相當?shù)乃街校琩為螺紋中徑。平以上，可防止失效。經(jīng)計算，螺栓硬度達到將式(1)變形可得，履帶螺栓上的軸向拉力F=T／36HRC，其屈服強度即可達~IJ970MPa，滿足裝(0．28d2)。因此，軸向拉伸應力：配擰緊力矩的下限305N·m的安全要求，不發(fā)生o=F／A=4T／(0．28丌dL)(2)塑性變形。當硬度達~I]39HRC時，屈服強度可達式中，d為螺紋小徑。1073MPa，達擰緊力矩上限335N·m

6、也不會發(fā)生塑擰緊時，由于螺紋副中摩擦力的存在，產(chǎn)生性變形。摩擦力矩，使螺栓同時受到扭轉應力(切應力)因此，螺栓強度提高~1．1GB3098．1—1982中的r的作用，鋼制普通螺紋M10～M68范圍內(nèi)r’T==12．9級，機加工成形的螺栓淬火至39～44HRC，加0．5仃。工流程改為下料一機加工成形一淬火至39～44HRC因此，履帶螺栓在擰緊過程中便受到拉伸應一球面高頻淬火至50～55HRC~氧化一裝配。力和扭轉應力r的復合作用，根據(jù)第四強度理經(jīng)此改進后的螺栓在裝配中未發(fā)生任何問題，論，其復合應力為：裝配好的挖掘機經(jīng)試運轉和工作試

7、驗，均未發(fā)現(xiàn)問題，運行良好。O-。=√+3r；：√+3(0．5)。：1．32o-(3)三、結語將式(2)代入式(3)，并代入、d2、d數(shù)值，得至0=3．1ST。即仃≥(1018±48)MPa，筆者認為，此種設計下的履帶螺栓在聯(lián)接中，也就是說當擰緊力矩擰緊到(320±15)N·nl時，仍有不安全隱患存在，有待解決。螺栓中的復合應力達到了(1018±48)MPa。(1)裝配要求規(guī)定，履帶螺栓擰緊力矩≥(2)斷裂螺栓的實際強度斷裂螺栓的實測硬(320±15)N·m，這很不科學，也很危險。因為度為21．5～22．5HRC，以22HRC計

8、算，換算得其斷這實際上是要求擰緊力矩越大越好，直至失效，應裂強度=779MPa，屈服強度約660MPa該有個上限。在工藝上采用有效的控制措施，如用(3)履帶螺栓的設計強度履帶螺栓熱處理定力矩扳手限制擰緊力矩的增加。此聯(lián)接中，根據(jù)要求230～269HBW，據(jù)資料顯