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    廣東螺絲廠淺談發動機的特殊螺絲


     特殊螺絲是汽車、內燃機等眾多機械行業裝配作業中廣泛采用的零件。連桿的大端的緊固螺栓是柴油機重要的連接件,發動機連桿特殊螺絲不但要承受很大的扭力和拉力,而且在氣缸的壓縮和爆發行程中,還要受到每分鐘上千次交變應力的沖擊。由于連桿自身的運動和受力比較復雜,導致螺絲的損壞時有發生,人為的裝配和使用不當是特殊螺絲損壞的重要因素。如果不正確使用,就容易使其松動、斷裂。一旦特殊螺絲發生斷裂性事故,將可能導致燒瓦抱軸或搗爛機體的嚴重事故,其后果不堪設想。
    一、連桿特殊螺絲的加工工藝、技術要求及提高疲勞強度措施
           1. 連桿特殊螺絲的加工工藝
           特殊螺栓是發動機上的一種重要緊固連接件。工作時它要承受沖擊性的周期交變拉應力和裝配預應力的作用。發動機運轉中,它一旦破裂就會引起嚴重事故。因此,要求它具有足夠的強度、沖擊韌度和疲勞抗力。
           在汽車制造業中選作連桿特殊螺絲的材料較多,如45鋼、40Cr、40CrNi、40MnB鋼等。發動機的連接桿特殊螺絲多采用屈服極限高和沖擊韌性好的中碳合金鋼或鉻鎳鉬合金鋼,如35CrMo、42Mn2V、40MnB和30Ni3Cr2Mo等。但綜合比較各鋼種的力學性能、工藝性能與經濟性,經實踐驗明,40Cr鋼能達到各項技術指標要求,是制作連桿特殊螺絲較為理想的材料。
           連桿件一般加工工藝為:下料→模鍛成形→正火→粗加工(切削)→調質→精加工。
           連桿特殊螺絲通常選用40Cr鋼經調質工藝處理即可滿足使用要求。連桿螺絲加工工藝與連桿件加工工藝相仿。
           2. 發動機特殊螺絲的技術要求
           特殊螺絲調質處理硬度應達到39-44HRC,同一根螺栓上硬度差不大于3HRC個單位,索氏體級別1級;
           連桿螺絲冷鐓或鍛打模壓制成,其宏觀組織應具有符合外形的纖維方向,不允許有割斷流線和應力集中處存在;
           桿身、螺紋部分和頭部支承面不允許有毛刺、裂紋、傷痕、銹蝕等缺陷,但在保證螺紋能正常旋入的條件下,螺紋末端兩牙允許有不完整螺紋存在;
           連桿螺栓應經磁力探傷檢測,控傷后作退磁處理;去除銳邊、毛刺;表面發黑處理;
           其余要求按JB/T8416-1996≤內燃機連桿特殊螺絲技術條件執行。螺栓的機械性能應不低于GB/T3098.1-2000≤緊固件機械 性能螺絲、螺釘和螺栓≥中規定的性能等級12.9級。
        連桿螺絲結構在選 用中的主要問題 是疲勞強度。因此,要采取各種措施來提高其疲勞強度,并且避免螺栓受附加的應力。提高連桿螺栓疲勞強度的方法有很多,可采取如下措 施在制造和使用中多加注意和采用。
        3. 提高特殊螺絲疲勞強度措施
    減小特殊螺絲工作時的脈沖負荷,可以提高螺栓的疲勞強度。降低基本載荷系數就能減少螺栓的脈沖負荷。減小特殊螺絲的剛度和提高連桿大頭的剛度,都可降低基本載荷 系數。降低連桿螺栓剛度的辦法是減小螺栓光桿部份的直徑和增加螺栓的長度。螺紋根部有應力集中,是螺栓的薄弱環節,從桿身和螺紋等強度考慮,這樣做是合適。應該指出,從增大被連接件剛度,減少基本載荷系數,從而提高連桿螺栓的疲勞強度考慮,被連接件之間應避免采用軟質墊片,更不充許采用彈簧墊圈。理論與實踐都已證明,由于工作時螺栓主體材料發生的是拉伸變形,螺母主體材料發生的是壓縮變形,結果導致螺紋各圈上的載荷分布不均勻。頭幾圈螺紋根部的應力比后面螺紋的應務要大得多。有資料表明,在所有斷裂的螺栓中,約65%左右是在螺母支承面算起的第一、二圈螺紋處疲勞斷裂。為了改善螺紋的載荷分布 ,方法之一是將螺紋的頭圈切成10-15°的倒角。由于這幾圈螺紋容易變形,便將一部分載荷轉移到后面各圈的螺紋上去,使整個載荷分布 均勻。改善螺紋載荷分布的另一種方法是采用受拉螺母使螺母的變形方向與螺栓一致,螺紋各圈的載荷也就比較均勻。在截面變化出容易產生應力集中,造成疲勞斷裂。因此,在截面變化處應取圓滑過渡。過渡圓弧的半徑一般不應小于過渡外桿的0.2倍。細牙螺紋對螺桿的削弱程度小,應力集中的情況也比粗牙螺紋好,所以連桿螺栓一般都采用細牙螺紋。螺紋桿身及過渡圓 角的粗糙度,一般都在0.04-0.08um以下,螺紋也應拋光到0.04-0.08um. 對螺紋根部應進行滾壓,使金屬表面產生冷硬化層,并產生壓應力。這樣可以提高材料的機械性能以及緩和螺紋根部的拉伸應力集中,以改善螺栓的疲勞強度。
       二、 連桿特殊螺絲螺栓損作、斷裂的原因
    連桿螺栓常見的損傷形式有螺栓斷裂、螺紋部份損壞和屈服變形。
        出現損傷的主要原因有以下六種。
    1.     設計制造時鋼材選用不當,強度過低或質量不佳(如有微細的裂紋等缺陷); 加工精度和表面粗糙度太低;連桿螺栓頭部與圓柱部分呈煎餃過渡,因而產生了應力集中。
    2.       未按照螺栓的使用規定和力矩裝配。修理人員在裝配時擰緊力矩過大,超過了螺栓材料的屈服極限,使螺栓產生了永久性變形,在沖擊載荷作用下因過度伸長而斷裂。
    3.       擰緊螺栓的力矩過小或未按照擰緊方法進行,使連桿大頭處產生縫隙,或者連桿軸承與軸頸的事間隙過大,使螺栓承受沖擊載荷超過承載能力而斷裂或滑絲;清潔工作 差,致使螺栓與連桿支承結合面不垂直,使螺栓產生附加彎曲應力而斷裂或螺紋滑絲;裝配時螺母未裝正造成配合不好而滑絲。
    4.       裝配時緊固得太緊,使其承受較大的預意大利和;裝配時固定的不緊或由于開口切串出、折斷使螺母松動,從而使連桿螺栓承受過大的沖擊力; 連桿螺栓頭、螺母與連桿的支承面接觸不均勻,使連桿螺栓受力偏斜;裝配時,一個連標上的兩個螺栓緊固得不均勻,使其兩側受力不均勻。
    5.       連桿螺栓在連桿孔中配合過松;由于長期使用造成連桿螺栓磨損嚴重或過度疲勞; 在使用、維修時產生刻痕、劃傷等缺陷,使強度降低;連桿大頭瓦隙過大或由于磨損使間隙增大,從而使連桿螺栓承受過大的沖擊力; 連桿大頭瓦過熱使連桿螺栓因受熱而伸長,可能承受較大的沖擊力; 活塞卡住等原因使連桿螺栓承受過大的拉力。
    6.       連桿螺栓的損壞往往出現在螺紋處,其原因是螺紋根部產生較大應力,應力集中時的長期作用,將加速疲勞現象的出現。
    除此之外,螺栓材料、裝配、加工、熱處理等影響因素也不容忽視。影響疲勞極限的因素一般情況下有螺栓的公稱尺寸愈大,疲勞極限愈低;高強度合金螺紋的疲勞極限比普通碳素鋼高,但不顯著。
    螺栓的損壞雖與連桿運動所產生的工作應力,正應力(拉伸、彎曲)和剪應力及交變動載荷有關,但最主要的破壞應力是預緊應力所引起的正應力。在實際工作中,人為的裝拆,配合,維護工作的不規范化行為較為常見,這也是造成構件損傷的重要人為因素。在機械設備中,不能完全排除由設計、加工等方面所引起的構件損傷問題 。雖然,構件的損傷和破壞的原因是多方面的,但人為因素占有比較大的比重。所以提高并強化操作者規范化管理水平,提高管理人員的業務素質,才能真正形成集約化管理生產方式。
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