摘 要：对国内某款SUV中连接车架与主减速器吊架的高强度级别螺栓在使用过程中发生的断裂进行了分析。结果表明，螺栓的化学成分和金相组织均正常，其断裂为疲劳断裂。经对螺栓断裂位置分析，认为其原因为连接零件配合面存在局部凸起，导致螺母紧固偏载，螺杆在螺母法兰面与配合零件截面应力过载最终使得螺栓于距螺栓根部（主减吊架安装平面处）约4mm发生了疲劳断裂。
　　关键词：汽车;螺栓;断裂;过载分析
　　1 概述
　　国内某款SUV用高强度级别螺栓，材料为35CrMoA钢，使用级别10.9级，表面镀锌。该螺栓在汽车运行过程中发生断裂。汽车主减吊架通过两个螺栓与主减速器连接，断裂螺栓与主减吊架轴套压装后与车架相连，车架与断裂螺栓连接部位为光孔，直径为φ14mm;失效螺栓螺纹为M12，正常情况由它将主减吊架与车架连接起来，螺栓断裂处为距螺栓根部（主减吊架安装平面处）约4mm。对螺栓成分分析及金相检验，结构均无问题。
　　2 螺栓断裂原因分析
　　对故障件进行观察分析，该问题发生是先从图一所示部位产生裂纹后逐渐扩散，最后导致螺栓出现疲劳断裂现象，且断面并非是螺栓根部，而是在约5mm的高度处发生断裂。进一步观察发现吊架与车架配合平面存在局部亮点压痕。
　　从失效部位的连接结构（图二）分析，该结构正常装配时配合面不存在局部亮点压痕且螺栓断面非应力集中点。
　　<E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼27-1-2.jpg>
　　 图一                        图二
　　通过螺栓断面位置及亮点压痕位置分析，假设装配时配合面存在局部凸起（可能是焊渣、板材毛刺及其他硬物等），螺母预紧前结构如图三，凸起部位为观察的亮点压痕位置。当螺母上紧力矩时（图四）预紧轴力作用在A点附近，而B点不受力。如果把N力向螺杆中心线上移动，其等效作用为N1和弯矩M，螺栓外径上E点的受力为N1，再加上弯矩M对E点形成的拉力的联合作用而疲劳断裂。裂纹从E点开始，故螺栓断裂截面为A-B面上而不在螺栓根部的C-D面上。
　　以上充分解释了螺栓断面位置和亮点压痕的由来。
　　<E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼27-3-4.jpg>
　　图三                          图四
　　3 螺母偏载时危险截面局部应力计算
　　假设由于配合面存在局部凸起（车架局部毛刺或焊渣等）引起预紧轴力偏离螺杆中心线距离为a（如图五），a=3mm，E点局部应力计算过程如下：
　　σ合=σc+σ （1）
　　式中，σ合：E点局部所受合应力;
　　σc：E点所受弯曲应力σc;
　　σ：螺杆所受拉应力;
　　σc=Mw/W （2）
　　Mw=Q*a  （3）
　　σ=Q/A      （4）
　　式中，Mw：預紧轴力偏离螺杆中心后附加弯矩;
　　W：抗弯截面模量;
　　Q：螺栓所受预紧轴力;
　　A：应力面积;
　　Q=M/kd（5）
　　W=πd3/32 （6）
　　式中，M：预紧力矩;k：摩擦系数，取k=0.25;d：螺纹小径;
　　已知：预紧力矩：M=140N·m;螺纹：M12×1.5;应力面积：A=88.1mm2; 螺纹小径：d=10.59mm;预紧轴力偏离螺杆中心线距离为a =3mm;
　　将已知条件代入上述式（1）-（6）中，可得
　　σ合=σ+σc=1729MPa
　　可知在上述假设条件下，E点局部应力可高达1729MPa，超过10.9级螺栓螺杆应力承受极限，导致螺栓发生断裂现象。
　　后经持续跟踪该款SUV试验车辆，该部位螺栓断裂现象仅此一例，该失效发生为个例现象，故判定失效原因为装配前配合面存在局部凸起（焊渣或毛刺等小凸起）导致主减速器吊架螺栓断裂现象的发生。
　　4 结论
　　该螺栓失效为疲劳断裂。其原因为连接零件配合面存在局部凸起，导致螺母紧固偏载，螺杆在螺母法兰面与配合零件截面应力过载最终使得螺栓于距螺栓根部（主减吊架安装平面处）约4mm处发生了疲劳断裂。
　　参考文献：
　　[1]螺纹紧固件紧固通则[S].GB/T 16823.2-1997.