螺栓疲勞斷裂的案例分析：

在車輛設(shè)計開發(fā)和售后實踐中,，發(fā)生任何一個螺栓斷裂的問題,，對于工程師都是一個緊急事件，必須在極有限的時間內(nèi)：尋找出問題發(fā)生的根本原因即Root Cause,，解決問題,，讓開發(fā)試驗順利進(jìn)行或者解決客戶抱怨，避免同類問題的再次發(fā)生,。

今天,，通過某車型油箱箍帶螺栓疲勞斷裂的實例分析過程，說明當(dāng)螺栓連接失效時,，雖然*后的失效形式表現(xiàn)為螺栓疲勞斷裂,，但大多時候并不是螺栓的質(zhì)量有問題，而是裝配過程中出了差錯,，使零件間的匹配不好,，導(dǎo)致接頭在工作載荷下發(fā)生夾緊力的衰減，引起連接失效,。

同時,，提供一個解決問題的思路，當(dāng)疲勞斷裂發(fā)生時,，應(yīng)該從哪幾個方面著手,？

01 問題描述 

某車型在執(zhí)行比利時路的試驗中,，車尾部底盤處有咯吱、咯吱異響,，檢查發(fā)現(xiàn)油箱箍帶固定螺栓斷裂,。

02 螺栓斷口分析 

當(dāng)螺栓斷裂的問題發(fā)生后，首先,，拿到斷裂的螺栓,，判斷螺栓斷口的類型：疲勞斷裂、韌性斷裂還是螺栓缺陷斷裂,。有經(jīng)驗的工程師,，可以目視做一個大致判斷，在等待試驗室的斷口分析報告時間里,，可以著手做原因分析工作,。

下圖，是案例中的螺栓斷口電鏡分析圖片,，結(jié)論和工程師的經(jīng)驗判斷一致：

螺栓斷面是疲勞斷裂,。

 上圖疲勞斷口形貌，與下圖中的螺栓脆性斷口和螺栓缺陷斷口的形貌有極大區(qū)別,。

03 疲勞斷裂原因分析 

01同類螺栓問題追溯

同一個螺栓,，會用在不同的車型上，也會用在同一個車型的不同連接點上,，排查問題螺栓,，一定要追溯先前的問題報告，本案例中,，螺栓已經(jīng)使用在35臺各車型的耐久試驗車輛上,全部通過全程試驗,，均未出現(xiàn)螺栓斷裂。

工程師可以基本確定：連接點螺栓的設(shè)計和供應(yīng)商的質(zhì)量問題的風(fēng)險不大,。

02螺栓設(shè)計校核

 a. 連接螺栓為M10,，8.8級，擰緊扭矩T=40NM,，,單個螺栓的*小軸向緊固力F_M=14.5KN,。

可根據(jù)下列公式計算：

T-擰緊力矩；Fm-預(yù)緊力,；P-螺距,；d2-螺紋中徑；dh-被聯(lián)接件螺栓孔直徑,；dw-螺母或者螺栓法蘭的支承直徑,；u=摩擦系數(shù)。 b. 燃油系統(tǒng)總重力G總=717.85N,，單個螺栓受到的重力G=717.85/4≈180N,。 c. 單個螺栓處軸向極限加速度產(chǎn)生的沖擊力：Fz1=（62+9.5+1.75）/4*10*9.8=1794N,。 d. 油箱單個螺栓受到的重力與沖擊力之和為：1794N+180N=1974N2KN。 e. 單個螺栓提供的橫向摩擦力：Ft=0.15(14.5-2)=1.875KN,按照橫向加速度a=5g計算,，單個螺栓所受到的橫向力Fa=717.85/4×5=0.9KN,，在極限情況下Ft〉Fa。 綜合上述：螺栓及擰緊力矩,，可以滿足使用要求,。

03

螺栓質(zhì)量檢測

04

被連接件的設(shè)計校核

如果螺栓在連接的時候，被連接件因為設(shè)計和制造的原因而沒有穩(wěn)定的緊密接觸,，即使暫時達(dá)到了預(yù)期的扭緊力矩，在有外力沖擊下,，連接面很快松動,，螺栓軸力就會消失，使連接失效,，螺栓的疲勞斷裂很快,。 校核螺栓連接處的平面，**的潛在因素是箍帶的彎角,，校核箍帶通孔到R角距離：5.40mm,，滿足設(shè)計要求（5±0.5）mm，螺栓邊緣不會壓到箍帶R角,，螺栓法蘭面會和箍帶平面貼合良好,。

05

裝配記錄追查

車輛發(fā)生螺栓斷裂時，**時間做的應(yīng)該就是追溯車輛的裝配記錄,，查看擰緊標(biāo)識,，排除螺栓沒有被擰緊，這個問題發(fā)生的可能性比較小,。

但是,，在試驗過程中的車輛會因為不同的原因被頻繁更換零件，很多緊固連接點會被多次拆卸再裝配,，這時候?qū)υ囼炣囕v的拆裝記錄顯得特別重要,。

06

現(xiàn)場排查

當(dāng)設(shè)計校核，產(chǎn)品質(zhì)量評審和裝配追溯完成以后,，基本可以判定：被連接沒有被擰緊,，或者即使*初擰緊了，也是不穩(wěn)定的連接,，現(xiàn)場分析不可避免,。 現(xiàn)場分析被連接件，發(fā)現(xiàn)箍帶兩側(cè)磨損情況不一致（如下圖1所示）,，箍帶與油箱是線-面接觸（非面-面接觸）,，說明油箱緊固面與車架安裝面不貼合（如圖2所示）,。 在車輛運動時，箍帶傾斜,，螺栓受到外切向力（如圖3所示）,，連接面就會失穩(wěn)，造成螺栓軸力消失,，連接失效,，螺栓很快就會疲勞螺栓斷裂。

經(jīng)驗與總結(jié)

Experience and Summary

*后經(jīng)過核查,，發(fā)現(xiàn)試驗過程中拆裝油箱時,，因為油箱內(nèi)有汽油，和初始裝配條件不一樣,，造成了裝配過程中的裝配困難,，使箍帶偏斜錯位，油箱緊固面與車架安裝面不貼合,，*后造成螺栓疲勞斷裂,。

檢查生產(chǎn)線的工裝，確保不會有潛在風(fēng)險,。

更改試驗場裝配作業(yè)指導(dǎo)書,，不再出現(xiàn)同類問題。