Φ600C空气弹簧紧固螺钉疲劳断裂原因分析与改进-株洲时代新材料.doc

Φ600C空气弹簧紧固螺钉疲劳断裂原因分析与改进
莫荣利刘海斌陈灿辉
(株洲时代新材料科技股份有限公司)
[摘要]本文对Φ600C空气弹簧紧固螺钉疲劳断裂原因进行了的分析和研究,并对空气弹簧紧固结构进行了改进和验证。
关键词:空气弹簧、疲劳、断裂、结构
Analysis of the Fastening Screws Fatigue Fracturing and Improvement
for Air Spring of Φ600C
Mo Rongli Liu Haibin Chen Canhui
(ZhuZhou Times New Material Technology CO.,LTD)
[Abstract] Analysis and testing research on the fastening screws fatigue fracturing are described in this paper, and the fastening structure of air spring has been improved and authenticated.
Key Words: air spring ,fatigue, fracturing, structure
1 概述
Ф600C空气弹簧应用于25K型客车车辆主型转向架209HS上。该转向架是在双层客车209PK型转向架的基础上研制、开发的提速客车转向架。[1]
Ф600C空气弹簧结构如图1所示,为典型的螺钉密封式空气弹簧(椭圆标记)。上盖板与扣环之间由12个M10-。螺钉材料为低合金钢,牌号20CrMnSi,表面硬度:28~30HRC。热处理工艺:880ºC加热保温40min,油冷,480ºC回火保温40min,油冷;表面镀锌处理后做200ºC×8h去氢处理。

1-节流阀、2-上盖板、3-橡胶支撑座、4-底座、5-胶囊、6-扣环
图1 改进前Φ600C空气弹簧结构
2 问题的提出
有文献资料[2]表明Ф600C空气弹簧在使用过程中存在紧固螺钉松动、断裂的现象。但此次螺钉断裂是出现在Ф600C空气弹簧进行横向疲劳试验过程中, 螺栓断裂的部位都在螺母和扣环接触处间,如图2所示。试验条件:,横向振幅±30mm,频率1Hz,疲劳次数20万次。[3]
图2 螺钉横向疲劳断裂的现象
断裂的原因分析
受力分析
从结构设计分析可知,当系统装配上盖板与扣环至无间隙时气囊有5 mm压缩量,螺钉的受力状况比较恶劣。为了进一步分析螺钉的受力情况,我们利用有限元分析技术模拟气囊、上盖板、扣环的装配过程。为了简化计算,分析不考虑螺钉扭转剪切作用,仅分析轴向拉伸或压缩作用。有限元计算结果表明:钢丝圈8根7层结构气囊子口处压缩5 mm时,载荷达到800kN左右。此压缩力也就是螺钉所受的拉伸力。钢丝圈8根8层结构比8根7层结构的压缩力仅大20kN左右,如图3、4、5所示。强度校核公式及相关数据在机械设计手册中均能查到,这里不再赘述。每个M10-,超过其公称抗拉强度1000MPa。
结果表明:系统装配后,螺钉受轴向强拉伸作用。同时,螺钉在拧紧时还受扭转剪切作用,