您好!欢迎来到紧固件工业| 登录 | 注册
您当前的位置> 首页>紧固头条> 行业资讯

M24发动机安装支座螺栓故障分析

2019-11-27 浏览:338

一、背景


4个发动机固定支座中原来使用一个8.8级 M24 螺栓将发动机固定客车底盘上。在客车投入运营使用过程中,开始收到投诉螺栓偶尔发现松动,在很多情况下螺栓坏了。
 
为了防止被认为是松动的问题,引入了穿过螺栓的开口销,在尼龙插入螺母的正下方穿上螺纹,以防止螺母可能脱落。

结果证明这只是部分成功,但仍有投诉称螺母继续脱落,导致开口销在某些情况下完全切断。疲劳失效仍在继续。

失败的试样如图1、图2和图3所示。

在这个案例中,疲劳失效发生在螺纹尾部区域。图2显示了螺栓的失效部分,表明该失效可归因于弯曲疲劳。图3显示了螺母的后退导致,开口销被部分剪断。


图1 大巴底盘上的失效螺栓



图2 螺栓失效截面表明失效可能由于弯曲疲劳



图3 螺母后退导致开口销部分剪断

二、失效的原因
设计规定的拧紧力矩为660牛米(487磅英尺)。这个扭矩是在原型试验车上获得的,但事实证明,在批产和后期维修时难以实现。这部分是由于空间限制,部分是由于缺乏适当的设备。经过调查,实际达到的拧紧力矩接近400牛米(295磅英尺)。


图4为整个连接示意图

可以看到,整个连接由几个部分组成,其中连接的一部分的材料是钢,另一部分的材料是铝。作用在连接处的力包括发动机重量和由于制动、加速和转弯力引起的横向载荷的动态轴向载荷。
 
图4.连接几个部件,其中有部件的材料是钢,有部件材料是铝
 
对连接处进行了调查和分析。发现由于紧固连接的几个部件间内缩(拧紧过程完成后接触表面的塑性变形),导致预紧力损失。

结果表明,包括拧紧过程的分散性,一定比例的紧固连接将无法提供足够的预紧力来抵抗施加在其上的力。计算结果的预载要求图表如图5所示。

因此,在此类连接中,预计会发生较小的侧向位移。反复的侧向位移会产生两种影响:

1、紧固件将承受一个有弯曲应力施加到螺栓的力矩。


反复施加这种应力是疲劳失效的可能原因。螺纹的尾部区域在受到弯曲应力时容易疲劳,因为通常螺纹在该区域成形不完美,会存在较高的应力集中。


图5 紧固件连接处计算分析达到的预负载表

2、研究已经表明,重复的横向(剪切)位移是螺纹紧固件自松的主要原因。


图1、图2和图3所示的螺栓失效显示了自我松动和疲劳两种效应。连接处分析分析表明,达到正确的拧紧扭矩是需要确保达到足以防止连接处相对移动的预紧力,这被认为是问题的根本原因。然而,很明显,在生产装配和车辆维修时,始终达到660牛米(487磅英尺)的拧紧力矩是有问题的。

三、解决这些问题


为了解决指定可达到的拧紧力矩的问题,考虑到该装置的工具和空间限制,同时确保有足够的预紧力,决定减小螺栓的尺寸并增加螺栓的强度。


因此,设计变更为M16等级为12.9的法兰螺栓。该螺栓的长度-直径比越大,预紧力损失越小,螺栓尺寸越小,扭矩要求越低,预紧力越小。
 
扭矩规定为380牛米(280磅英尺),随着扭矩的增加,预载变化预计在86和137千牛(19330和30800磅英尺)之间。所需的最小预载为78千牛(17535磅力),低于修改设计的预期预载范围。

因此,预计不会出现进一步的疲劳和螺母松动问题。预负载要求按修改后的设计,如图6所示。


图6 设计更改后的预负载表

四、结论


本文描述的客车底盘螺栓故障说明了预紧力不足可能导致的两个问题。
 
疲劳失效是预紧力不足的常见副产品;在这种情况下,连接处相对运动,由于摩擦力不足,导致螺栓内部产生应力,但螺栓设计时没有考虑承受这种应力。
 

当螺栓的疲劳强度能够承受这种应力时,这种相对的运动将导致紧固件有自我松动的趋势。


获得和保持足够预负载的重要性通常是确保螺栓连接结构完整性的关键因素。

相关评论
网友评论仅供其表达个人看法,并不表明紧固件工业网立场。