某車型發(fā)動機懸置螺栓連接失效原因分析

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1、某車型發(fā)動機懸置螺栓連接失效原因分析摘要:針對公司某車型發(fā)動機懸置支架與發(fā)動機支座連接螺栓在路試過程中發(fā)生疲勞斷裂進(jìn)行分析。本文從材料斷u學(xué)、金相學(xué)等失效分析方法分析螺栓斷裂原因；基于VDI2230螺栓連接計算系統(tǒng)對螺栓連接安全設(shè)計進(jìn)行分析，從增大預(yù)緊力提高螺栓的疲勞性能進(jìn)行分析。并對導(dǎo)致結(jié)構(gòu)連接失效的原因提出優(yōu)化設(shè)計措施，供汽車懸置支架連接設(shè)計相關(guān)人員參考。本文采集自網(wǎng)絡(luò)，本站發(fā)布的論文均是優(yōu)質(zhì)論文，供學(xué)習(xí)和研究使用，文中立場與本網(wǎng)站無關(guān)，版權(quán)和著作權(quán)歸原作者所有，如有不愿意被轉(zhuǎn)載的情況，請通知我們刪除己轉(zhuǎn)載的信息，如果需要分享，

2、請保留本段說明。關(guān)鍵詞：懸置螺栓；失效分析；VDI2230；疲勞性能；結(jié)構(gòu)設(shè)計中圖分類號：U464文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A某車型在開發(fā)一支架多車型使用的發(fā)動機鍛鋼懸置支架，車輛在進(jìn)行常規(guī)整車路試比利時路過程中連接螺栓、螺柱發(fā)生斷裂，如圖1所示。本文簡要從螺栓、螺柱斷裂類型、螺栓連接強度計算校核并結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面對連接失效分析，并提出改進(jìn)建議1.基于材料失效分析方法分析螺栓斷裂原因1.1螺栓斷口宏觀分析圖2中紅色箭頭是裂紋發(fā)展方向，1射牛和3利牛發(fā)生了多源性疲勞斷裂，1射?！捌谶^渡區(qū)”比3#件的平整，且“疲勞條紋”比較細(xì)；2射牛發(fā)生了疲勞斷

3、裂，其“疲勞過渡區(qū)”比1利牛和3利牛粗糙，且“疲勞過渡區(qū)”面積也比1#件和3利牛的小。1.2螺栓斷口微觀分析對1利牛雙尖螺柱斷UA、B、C、D區(qū)域在掃描電鏡下觀察，如圖3所示，4個區(qū)域形貌特征為“疲勞輝紋”，雙頭螺柱斷裂原因為疲勞斷裂。對2#件螺栓斷口E、F、G、11區(qū)域在掃描電鏡下觀察，如圖4所示，E、F、G區(qū)域為“疲勞輝紋”，H區(qū)域為“韌窩”形貌，螺栓斷裂原因為疲勞斷裂。對3#件雙頭螺柱斷口K、L、M、N區(qū)域在掃描電鏡下觀察，如圖5所示，4個區(qū)域形貌特征為“疲勞輝紋”，雙頭螺柱斷裂原因為疲勞斷裂。1.3金相分析級硬度測試從宏觀斷

4、U和微觀端U的觀察中并未發(fā)現(xiàn)裂紋源區(qū)域發(fā)生異常，這里只對2#件進(jìn)行金相檢查及硬度檢測。金相檢查如圖6所示，螺牙邊緣未出現(xiàn)脫碳組織，金相組織為回火索氏體，金相組織合格。硬度檢測結(jié)果見表1，硬度檢測合格。1.4螺栓斷裂順序及原因從圖3?圖5的微觀形貌對比觀察發(fā)現(xiàn)，1#件“疲勞輝紋”的“疲勞”程度最嚴(yán)重，3#件“疲勞輝紋”的“疲勞”程度次之，2#件“疲勞輝紋”的“疲勞”程度較輕。并結(jié)合3個零件斷n的宏觀分析可判定斷裂順序為：1#件首先發(fā)生斷裂，3#件其次，2#件最后發(fā)生斷裂；金相組織和硬度均合格，3個斷口中均存在大量的疲勞輝紋，斷裂原因為

5、疲勞斷裂。3顆螺栓斷裂位置都在螺紋部分，螺栓受到交變外載荷應(yīng)力幅發(fā)生疲勞斷裂，在微觀形貌中的每一道疲勞輝紋代表螺栓受到的每一次交變外載荷，交變應(yīng)力幅的大小與被連接件的結(jié)構(gòu)、緊固點的布置方式、緊固預(yù)緊力的大小等有關(guān)。可以通過合理的緊固連接設(shè)計，有效地降低作用在螺栓上的應(yīng)力幅，從設(shè)計上提高螺栓的疲勞壽命；還可以通過提高螺栓自身的疲勞應(yīng)力極限，如先熱處理后搓絲，或者通過特殊形狀的螺栓設(shè)計，讓應(yīng)力集中在螺栓的光桿部分等方式提高螺栓的抗疲勞性能。1.基于VDI2230方法聯(lián)接計算分析機械設(shè)計手冊主要是參考國標(biāo)的螺栓聯(lián)接計算方法，相對于VDI2

6、230計算方法略顯粗糙，前者考慮的因素不全面。這里采用VD12230方法對懸置支架連接進(jìn)行計算，從連接件的表面處理、摩擦系數(shù)，結(jié)構(gòu)尺寸和預(yù)緊扭矩等方面對螺栓的連接強度進(jìn)行分析。通過路譜采集得到懸置支架與車身懸置軸向載荷和橫向負(fù)載，如圖7所示。通過試驗分別獲得連接結(jié)構(gòu)的摩擦系數(shù)，見表2(1)采用VDI2230方法計算(借助MDESIGN分析軟件)，螺栓受到的疲勞應(yīng)力幅為80MPa，電泳鍛鋼懸置支架與發(fā)動機底座聯(lián)接螺栓的抗滑移安全系數(shù)為SG=1.5，小于VDI2230設(shè)計要求的SGS1.8，說明安全系數(shù)不足；鍛鋼懸置支架經(jīng)過電泳處理（連

7、接面間的相對摩擦系數(shù)為0.18），電泳涂層和材料本身的嵌入達(dá)40um，預(yù)緊力因嵌入損失量（VDI2230計算嵌入損失預(yù)緊力）Fz達(dá)4882N。因螺栓利用率為72.3%，可通過增大扭矩滿足連接抗滑移安全系數(shù)。但對螺栓受到的應(yīng)力幅改善很小，增大扭矩接近屈服后，螺栓受到的應(yīng)力幅仍然達(dá)71MPa。（2）如連接支撐面不進(jìn)行電泳處理（連接面間的相對摩擦系數(shù)為0.23），計算得螺栓聯(lián)接抗滑移安全系數(shù)為SG=1.92,滿足聯(lián)接安全系數(shù)要求；螺栓應(yīng)力幅為62MPa，不滿足螺栓疲勞應(yīng)力幅要求。（3）使用無電泳支架再將螺栓扭矩提高，使螺栓的利用率達(dá)95%

8、進(jìn)行計算，螺栓疲勞應(yīng)力幅仍然達(dá)56MPa，依然不能解決螺栓疲勞應(yīng)力幅過大問題。表明單純地提高預(yù)緊力不能解決螺栓疲勞失效問題，說明螺栓應(yīng)力幅過大是導(dǎo)致螺栓疲勞斷裂的原因。（4）通過增大底座凸臺直徑3mm，增加連接面的面積并將螺栓利用率提