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1、履帶式液壓挖掘機(jī)履帶螺栓的斷裂失效分析亞洲富士長(zhǎng)林電梯(新余)有限公司(江西338029)鐘翔山長(zhǎng)林集團(tuán)長(zhǎng)林機(jī)器公司技術(shù)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(dòng)輪實(shí)施驅(qū)動(dòng)。我公司二、履帶螺栓斷裂分析在試制國(guó)內(nèi)某工程機(jī)械研究所設(shè)計(jì)的wY12．5型履帶式液壓挖掘機(jī)中，有履帶板86塊，每塊均由4個(gè)1．?dāng)嗔崖菟ㄐ蚊矙z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(guò)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(cè)螺栓發(fā)生明顯伸長(zhǎng)、縮頸，斷口處螺一紋頂徑由13．3mm縮小為11．34mm。斷口兩側(cè)技術(shù)要求及裝配條件各3個(gè)螺距范圍內(nèi)由9ram{d0長(zhǎng)為13．04mm。螺栓桿設(shè)計(jì)的履帶螺栓形狀如圖1所示，材質(zhì)為40Cr部由60mml"l~長(zhǎng)為65mm。螺栓頭部下的凸臺(tái)已擰鋼，熱處理要求：調(diào)質(zhì)230～269HBw，SR20mm擠至平，下陷達(dá)0．2ram左右。球面淬火50～55HRC。隨機(jī)拆卸裝配后的履帶螺栓進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，在對(duì)應(yīng)于斷裂位置附近的螺紋均有程度不同的較明顯伸長(zhǎng)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(duì)斷裂螺栓進(jìn)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(wú)脫碳，化學(xué)分析確認(rèn)為40Cr鋼。分析表明，材質(zhì)及熱處理均符合設(shè)計(jì)要求。3．?dāng)嗔褭C(jī)理一穿用配的過(guò)；。光螺裝履孔母帶后配固時(shí)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(guò)螺栓強(qiáng)度引起。在擰緊過(guò)程中，螺栓在擰緊力矩作用下，發(fā)生塑性伸長(zhǎng)和頸縮。隨擰緊力矩不斷加大，縮頸加劇。當(dāng)截面
4、縮小到不足以抵抗外力作用時(shí)，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(zhǎng)、縮頸的情況可以肯定，此螺栓的韌性、塑性相當(dāng)好。2‘2‘ww~．me妻挈!期謦峰臻哮爭(zhēng)?！甭?．r熱??加工to1worklnflg$O．comEch強(qiáng)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(guò)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(shí)，擰緊過(guò)程的低扭矩狀態(tài)，而不是超負(fù)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(yù)緊排除裝配正確性方面的因素。力。預(yù)緊力使螺栓受軸向拉力F。按國(guó)標(biāo)螺紋參
5、數(shù)制造的螺紋，研口F之間有如下數(shù)學(xué)關(guān)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(qiáng)度提高到裝配應(yīng)力相當(dāng)?shù)乃街?，d為螺紋中徑。平以上，可防止失效。經(jīng)計(jì)算，螺栓硬度達(dá)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(qiáng)度即可達(dá)~IJ970MPa，滿足裝(0．28d2)。因此，軸向拉伸應(yīng)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(dāng)硬度達(dá)~I]39HRC時(shí)，屈服強(qiáng)度可達(dá)式中，d為螺紋小徑。1073MPa，達(dá)擰緊力矩上限335N·m
6、也不會(huì)發(fā)生塑擰緊時(shí)，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(shí)受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(切應(yīng)力)因此，螺栓強(qiáng)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(jí)，機(jī)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(jī)加工成形一淬火至39～44HRC因此，履帶螺栓在擰緊過(guò)程中便受到拉伸應(yīng)一球面高頻淬火至50～55HRC~氧化一裝配。力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力r的復(fù)合作用，根據(jù)第四強(qiáng)度理經(jīng)此改進(jìn)后的螺栓在裝配中未發(fā)生任何問(wèn)題，論，其復(fù)合應(yīng)力為：裝配好的挖掘機(jī)經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)和工作試
7、驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)行良好。O-。=√+3r；：√+3(0．5)。：1．32o-(3)三、結(jié)語(yǔ)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(rèn)為，此種設(shè)計(jì)下的履帶螺栓在聯(lián)接中，也就是說(shuō)當(dāng)擰緊力矩?cái)Q緊到(320±15)N·nl時(shí)，仍有不安全隱患存在，有待解決。螺栓中的復(fù)合應(yīng)力達(dá)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(shí)際強(qiáng)度斷裂螺栓的實(shí)測(cè)硬(320±15)N·m，這很不科學(xué)，也很危險(xiǎn)。因?yàn)槎葹?1．5～22．5HRC，以22HRC計(jì)
8、算，換算得其斷這實(shí)際上是要求擰緊力矩越大越好，直至失效，應(yīng)裂強(qiáng)度=779MPa，屈服強(qiáng)度約660MPa該有個(gè)上限。在工藝上采用有效的控制措施，如用(3)履帶螺栓的設(shè)計(jì)強(qiáng)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
