締結部品に使用される自動車コンロッドボルトの構造選定

エンジンのコンロッドボルトは、35CrMo、42Mn2V、40MnB、30Ni3Cr2Moなど、降伏強度が高く衝撃靱性に優れた中炭素合金鋼またはクロムニッケルモリブデン合金鋼で作られています。

コネクティングロッドボルトは変動する応力を受けるため、疲労強度を向上させ、ボルトへの追加の応力を避けるためにさまざまな対策を講じる必要があります。

コンロッドボルトの疲労強度を向上させる方法としては、：

(1) ボルトの剛性を下げる

ねじボルトの剛性を下げる方法は、ボルトの研磨部分の直径を小さくし、ボルトの長さを長くすることです。

ボルトの弱い部分であるねじ山根元に応力集中が生じます。 軸やねじ部の強度の観点から、軸径はねじ谷径より小さくてもよい（一般的に軸径はねじ径の0.8倍程度）。 ボルトの剛性を低くし、疲労強度を高める観点からは、そうすることが適切である。

ここで、連結部の剛性を高めてコンロッドボルトの疲労強度を向上させるためには、連結部間の軟ワッシャーの使用を避け、ばね座金の使用を避ける必要があることを指摘する。

(2) スレッドの負荷分散を改善する

ボルトとナットの結合構造においては、加工中にボルトの本体材料が引張変形し、ナットの本体材料が圧縮変形することが理論と実践により証明されている。 その結果、スレッドの各円の負荷分散は大きく異なります。 均等に。 データによると、ナット支持面から 1 周目と 2 周目のネジ部で約 65% が疲労破壊となっています。

ねじの荷重分散を改善するために、ねじの最初の数回転を10〜15°の面取りでカットする方法があります。 これらのねじ山は変形しやすいため、荷重の一部が後続の各ねじ山に伝達され、全体の荷重が均等に分散されます。 ねじ山の荷重分散を改善するもう 1 つの方法は、テンション ナットを使用することです。 テンションナットを使用すると、ナットの変形方向がボルトの変形方向と同じになり、ねじ山の各円にかかる荷重がより均一になります。

(3) 応力集中の低減

断面変化時に応力集中が生じやすく疲労破壊を引き起こします。 したがって、断面の変更時には滑らかな面取り遷移を採用する必要があります。 移行部の丸い面取りの半径は、通常、移行部の外側ロッドの直径の 0.2 倍以上である必要があります。

(4) 糸強度の向上

細目ねじはねじのへたりが少なく、並目ねじに比べて応力集中が良好です。 そのため、コンロッドボルトには細目ネジが使用されるのが一般的です。

(5) ねじ山の表面品質の向上

ボルトシャフトとトランジションフィレットの粗さは一般に0.04～0.08μm未満である必要があり、ねじ山も次のように研磨する必要があります。

0.04～0.08μm。

金属表面に冷却層が形成され圧縮応力が発生するため、ねじの根元は転造する必要があります。 これにより、材料の機械的性能が向上し、ねじ山根元の引張応力集中が緩和され、ボルトの疲労強度が向上します。

(6) 切りねじではなく、転造ねじを使用してください。

棒材で回すねじは内部の金属繊維が切れて強度が低下します。 また、転造法により加工された糸は、繊維の連続性と金属の強度が大幅に向上します。 ボルト頭部も同様に、金属繊維の連続性と高い強度を維持できるアプセット法を採用しています。

ボルトの追加の曲げモーメントが軽減され、ねじ山の中心線に対するボルトヘッドの支持面と、ねじ山の中心線に対するコネクティングロッドナットの支持面に対して、非直角性に対する特別な要件が設定されています。ボルト穴。 いくつかのデータは、非直角度が 0 から 2° に増加すると、ボルトの疲労限界が 40% 減少することを示しています。 ナット締付時のボルトの回転を防止する特殊なボルト頭部については、追加曲げモーメントを低減する目的を達成するために適切な方法を採用する必要があります。

ボルトを締めると、仮締めトルクによりねじ山とロッドに追加のねじりせん断応力が発生します。 その値は締付け前の応力の30～80％に達する場合もありますので、極力避けてください。 通常、締め付けた後、レンチを逆にして小さな角度を緩めることで、この追加の応力を排除できます。

ボルトを締付けた後、長時間交互荷重がかかる状態で使用すると、仮締め力が低下しボルトが緩む場合があります。 このため、緩み防止対策が必要となります。 一般的に使用されるのは、ロックワッシャー、割りピン、マイナスナットなどです。 ボルトのねじ部に0.008mm～0.012mmの厚さの銅をメッキする銅めっきゆるみ止め工法が今年広く使われています。 ボルトを締め付けた後、この銅の層が塑性変形し、ねじ面が互いに噛み合い、ナットの緩みを防止するという目的を達成します。