在汽车动力总成中，主轴轴承、连杆、缸盖等关键部位的螺栓承受着极其苛刻的交变载荷。一旦螺栓发生疲劳失效，后果往往是灾难性的。大众集团制定的《轴向动态高应力螺栓技术供货条件》 标准，正是为这类高要求螺栓的疲劳性能评价提供了权威依据。

今天，我们就结合这个标准，一文讲透大众螺栓疲劳试验的方法步骤、核心参数如何确定，并通过一个案例手把手教大家计算一个案例。

一、这个标准管什么？

《轴向动态高应力螺栓技术供货条件》标准适用于M6至M12的米制粗牙螺纹，以及M8×1至M12×1.5的细牙螺纹。虽然标准主要针对动力总成等核心部位，但也推荐用于其他高动态应力场景。

需要注意的是这个标准用于其他应用场景时候，螺栓疲劳强度的评价指标可能会存在一些差异，主要是用于发动机场合的螺栓一般是热处理后搓丝的螺栓，用于其他场合没有特殊要求，为了节省成本，一般采用热处理前搓丝的方式，这样螺栓的螺纹处疲劳强度会比热处理后搓丝有所下降。

该标准明确规定了此类螺栓必须满足的动态和功能要求，并引用了DIN EN ISO 898-1（8.8级）和大众对螺栓强度要求的标准（10.9级、12.9级）作为力学性能的基础。

二、疲劳试验怎么做？

根据标准要求，疲劳试验严格遵循DIN 969《轴向载荷下螺纹紧固件的疲劳试验》。

1. 试验核心参数设定

• 加载方式：轴向交变载荷。

• 循环基数：≥ 5×10⁶次（即500万次）未失效，即可判定为“通过”（ Durchläufer ）。

• 试验频率：标准文本未明确指定具体频率，但在使用高频疲劳试验机时，通常建议避开试件共振频率，频率范围一般在80-250 Hz之间。核心原则是不导致试件过热，以免影响疲劳结果。

• 测试设备：轴向疲劳试验机，为了提高测试效率和减少测试用电成本，推荐用高频疲劳试验机。上海兹懋国产和进口的高频疲劳试验机可供选择。

• 测试平均载荷：就是测试时候的静载荷，按照螺栓屈服拉力的70%（Fm = 0.7×Rp0.2×As）。

• 测试动载荷（最低台阶值）：就是测试应力幅值载荷，首先需要确定最小的一个动载荷，这个值需要根据该螺栓以往的测试参数能够准确确定，如果没有以往测试参数就是能根据经验“拍脑袋”，可供参考的数据是按照VDI 2230标准，热处理前搓丝1%失效概率的螺栓疲劳强度为0.85*（150/d+45）MPa，可以得出螺栓的无限疲劳寿命（200万次）作为螺栓疲劳强度的参考，例如M10的螺栓无限疲劳强度是51MPa，该值需要换算成50%失效概率，500万次的疲劳强度，这个需要根据实际螺栓的散差等确定，经验值按照加上10-20Mpa考虑，例如该批次M10的螺栓50%失效概率的500万次的疲劳强度按照71MPa。那么第一次加载的动载荷最低台阶就可以按照该值71MPa确定（71*As）。对于铝合金螺栓等不知道其疲劳强度，没有类似VDI 2230标准参考的情况下，可以结合兹懋的螺栓计算软件SD Pro来进行确定，例如AL9铝合金螺栓的疲劳强度。

• 测试动载荷（台阶级差值）：就是测试应力幅值载荷增加或降低的载荷幅度大小。测试时候如果断裂就降低载荷，如果不断裂就增加载荷。这个载荷值就是级差，一般推荐按照疲劳强度的5%-10%，或按照5-10MPa来考虑即可。

• 也可以参照国标螺栓疲劳测试标准，测出有限寿命部分的数据，根据有限寿命测试数据进行分析得出升降法（台阶法）无限寿命测试的级差，通过这种方法第一个不断裂数据也能够得出，级差也可以得出，很多时候就不需要经验值“拍脑袋”了。如下描述：

2. 关键评价指标

标准引入“50%存活率的疲劳强度（σA50）”和“对数标准差（s_log）”作为核心评价指标，充分考虑了疲劳数据的分散性。

• 应力幅值要求：

  • 8.8级及等效硬度≤320 HV的螺栓：在平均应力（σm = 0.7×Rp0.2）下，要求σA50 ≥ 80 MPa。

  • 10.9级和12.9级螺栓：在相同平均应力下，要求σA50 ≥ 90 MPa。

• 对数标准差要求：无论哪个等级，s_log ≤ 0.2。

3. 数据处理的关键

标准要求，在计算对数标准差时，必须至少在同一应力水平下有5个有效试验数据，并且该应力水平下不允许出现“通过”（即未断）的样本。这确保了计算结果的准确性，聚焦于真实疲劳断裂区间。

三、实战演练：案例分析

通常，疲劳试验需要在多个应力水平下进行，每个水平测试数件。但为了计算某应力水平下的对数标准差，我们需收集该水平下发生断裂的样本数据。

为此我们专门编写了螺栓疲劳测试数据分析及报告处理程序，欢迎有需要的沟通交流。

假设我们测试了一组某等级的M14螺栓的疲劳强度测试，相关数据如下：

计算结果如下：

四、标准案例数据处理说明

标准中计算对数标准偏差需要说明。

标准中这是标准例题的原始数据：

下面表格是从上表原始数据中选取5个数据进行对数标准差的分析，需要注意的是，选取的5个数据也不是按照上述数据顺序选取，中间间隔了一个数据，也没有选取相同载荷下的数据。第5个数据1227838这个数据就没有选取。同时，这5个数据计算标准偏差时候，直接把载荷数据改成了10000N。例题第1个数据原本测试结果为8500N，直接改成了10000N，这里分析显然是不太合理。因此，这个地方推测应该按照8500N转换成10000N下的断裂次数，再计算标准偏差更加合理。

如果计算出的对数标准偏差不满足要求。这说明该应力水平下的疲劳寿命分散性过大，过程能力或材料一致性可能需要改进。

五、写在最后

该标准为高强度螺栓的疲劳评价提供了清晰的量化指标。核心要点总结如下：

1. 明确分级：8.8级和10.9级以上螺栓的σA50门槛值不同。

2. 关注分散性：对数标准差s_log ≤ 0.2是衡量工艺稳定性的关键指标。

3. 科学取样：计算对数标准差时，确保在同一应力水平下至少有5个有效断裂数据，分析建议按照实测数据进行断裂次数转换，或者最好能够测试出5个断裂数据，且该台阶中没有不断裂数据出现。

4. 合规流程：供货必须提交首批样品检验报告。

对于工程师而言，深入理解并运用好这些统计数据，是提升动力总成连接或其他承受疲劳轴向载荷螺栓连接的安全性与可靠性的重要一步。