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【 緊固件產(chǎn)業(yè) 緊固件雜志 】螺紋連接是汽車、內(nèi)燃機(jī)等眾多機(jī)械行業(yè)裝配作業(yè)中廣泛采用的一種方法。連桿的大端的緊固螺栓時(shí)柴油機(jī)重要的連接件，發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓不但要承受很大的扭力和拉力，而且在氣缸的壓縮和爆發(fā)行程中，還要受到每分鐘上千次交變應(yīng)力的沖擊。由于連桿自身的運(yùn)動(dòng)和受力比較復(fù)雜，導(dǎo)致螺栓的損壞時(shí)有發(fā)生，人為的裝配和使用不當(dāng)是螺栓損壞的重要因素。如果不正確使用連桿螺栓，就容易使其松動(dòng)、斷裂。一旦緊固螺栓發(fā)生斷裂性事故，將可能導(dǎo)致燒瓦抱軸或搗爛機(jī)體的嚴(yán)重事故，其后果不堪設(shè)想。
一、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓的作用
連桿螺栓是用來連接連桿體和連桿蓋，并保證它們?cè)谌魏吻闆r下完全密合，不留間隙。連桿螺栓主要受下述兩方面力的作用其一承受裝配時(shí)的預(yù)緊力，這個(gè)力是大小和方向都不變的靜載荷；其二承受由活塞連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力和連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量離心力的交變載荷。
例如在膨脹過程活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，氣體壓力大于往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力和離心力之和，連桿受到壓縮，這時(shí)往復(fù)慣性力和離心力對(duì)連桿螺栓的作用等于零。而在進(jìn)氣過程活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，這個(gè)往復(fù)慣性力和離心力，就對(duì)連桿螺栓進(jìn)行拉伸。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿組的相關(guān)零件。
此外，當(dāng)連桿大、小頭的軸承磨損間隙增大時(shí)，連桿螺栓還受到?jīng)_擊載荷。由于連桿大頭孔變形還使連桿螺栓受到彎曲作用。因此，連桿螺栓的受力是復(fù)雜的。
為了增大曲柄銷直徑而又要活塞連桿組能從氣缸中取出，連桿大頭的外形輪廓尺寸受到限制，這就迫使連桿螺栓直徑不可能任意加大，所以連桿螺栓處在很高應(yīng)力的條件下工作。
發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果連桿螺栓斷裂，將會(huì)造成重大事故，使曲軸箱、曲軸和連桿毀壞，甚至危及工作人員的人身安全。因此，連桿螺栓不僅應(yīng)具有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，以保證連桿體與連桿蓋密合無隙。而且在很高應(yīng)力條件下，也應(yīng)保證工作完全可靠，不發(fā)生疲勞損壞事故。
二、連桿螺栓的加工工藝、技術(shù)要求及提高疲勞強(qiáng)度措施
1.連桿螺栓的加工工藝
連桿螺栓時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)上的一種重要緊固連接件。連桿螺栓形狀。工作時(shí)它要承受沖擊性的周期交變拉應(yīng)力和裝配預(yù)應(yīng)力的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，它一旦破斷就會(huì)引起嚴(yán)重事故。因此，要求它具有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌度和疲勞抗力。
在汽車制造業(yè)中選作連桿螺栓的材料較多，如45鋼、40Cr、40CrNi、40MnB鋼等。發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿螺栓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(xué)性能、工藝性能與經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)明，40Cr鋼能達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，是制作連桿螺栓較為理想的材料。
連桿件一般加工工藝為：下料→模鍛成形→正火→粗加工（切削）→調(diào)質(zhì)→精加工。
連桿螺栓通常選用40Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)工藝處理即可滿足使用要求。螺桿螺栓加工工藝與連桿件加工工藝相仿。
2.連桿螺栓的技術(shù)要求
連桿螺栓調(diào)質(zhì)處理硬度應(yīng)達(dá)到39~44HRC，同一根螺栓上硬度差不大于3HRC個(gè)單位，索氏體級(jí)別1級(jí)；
連桿螺栓冷鐓或鍛打模壓制成，其宏觀組織應(yīng)具有符合外形的纖維方向，不允許有割斷流線和應(yīng)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(yīng)經(jīng)磁力探傷檢測(cè)，探傷后作退磁處理；
去除銳邊、毛刺；
表面發(fā)黑處理；
其余要求按JB/T8416—1996《內(nèi)燃機(jī)連桿螺栓技術(shù)條件》執(zhí)行。螺栓的機(jī)械性能應(yīng)不低于GB/T3098.1—2000《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺栓》中規(guī)定的性能等級(jí)12.9級(jí)。
連桿螺栓結(jié)構(gòu)在選用中的主要問題是疲勞強(qiáng)度。因此，要采取各種措施來提高其疲勞強(qiáng)度，并且避免螺栓受附加的應(yīng)力。提高連桿螺栓疲勞強(qiáng)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.提高疲勞強(qiáng)度措施
3.1減小螺栓的剛度
減小連桿螺栓工作時(shí)的脈沖負(fù)荷，可以提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。降低基本載荷系數(shù)就能減少螺栓的脈沖負(fù)荷。減小連桿螺栓的剛度和提高連桿大頭的剛度，都可降低基本載荷系數(shù)。降低連桿螺栓剛度的辦法是減小螺栓光桿部分的直徑和增加螺栓的長度。螺紋根部有應(yīng)力集中，是螺栓的薄弱環(huán)節(jié)，從桿身和螺紋等強(qiáng)度考慮，可以將桿身直徑小于螺紋根部直徑（一般桿身直徑可等于螺紋根徑的0.8倍）。從降低螺栓剛度，提高螺栓的疲勞強(qiáng)度考慮，這樣做是合適的。應(yīng)該指出，從增大被連接件剛度，減小基本載荷系數(shù)，從而提高連桿螺栓的疲勞強(qiáng)度考慮，被連接件之間應(yīng)避免采用軟質(zhì)墊片，更不允許采用彈簧墊圈。
3.2改善螺紋的載荷分布
理論與實(shí)踐都已證明，由于工作時(shí)螺栓主體材料發(fā)生的是拉伸變形，螺母主體材料發(fā)生的是壓縮變形，結(jié)果導(dǎo)致螺紋各圈上的載荷分布不均勻。頭幾圈螺紋根部的應(yīng)力比后面螺紋的應(yīng)力要大得多。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(zhuǎn)移到后面各圈的螺紋上去，使整個(gè)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。
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