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沙龙国际影响弹簧疲劳强度的几个因素

发布于:2019-11-19 21:41

  影响弹簧疲劳强度的几个因素_机械/仪表_工程科技_专业资料。影响弹簧疲劳强度的几个因素 阅读:2748人次 更新时间:2011-5-23 9:09:19 1.屈服强度 材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系,一般来说,材料的屈服强度越高,疲劳 强度也越

  影响弹簧疲劳强度的几个因素 阅读:2748人次 更新时间:2011-5-23 9:09:19 1.屈服强度 材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系,一般来说,材料的屈服强度越高,疲劳 强度也越高,因此,为了提高弹簧的疲劳强度应设法提高弹簧材料的屈服强度,或采用屈服强度和抗拉强 度比值高的材料。对同一材料来说,细晶粒组织比粗细晶粒组织具有更高的屈服强度。 2.表面状态 最大应力多发生在弹簧材料的表层,所以弹簧的表面质量对疲劳强度的影响很大。弹簧 材料在轧制、拉拔和卷制过程中造成的裂纹、疵点和伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲劳断裂的原因。 材料表面粗糙度愈小,应力集中愈小,疲劳强度也愈高。材料表面粗糙度对疲劳极限的影响。随着表 面粗糙度的增加,疲劳极限下降。在同一粗糙度的情况下,不同的钢种及不同的卷制方法其疲劳极限降低 程度也不同,如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。因为钢制热卷弹簧及其热处理加热时,由于氧化使弹 簧材料表面变粗糙和产生脱碳现象,这样就降低了弹簧的疲劳强度。 对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。 3.尺寸效应 材料的尺寸愈大,由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性愈高,产生表面缺 陷的可能性也越大,这些原因都会导致疲劳性能下降。因此在计算弹簧的疲劳强度时要考虑尺寸效应的影 响。 4.冶金缺陷 冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析,等等。存在于表面的夹杂物 是应力集中源,会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施,可 以大大提高钢材的质量。 5.腐蚀介质 弹簧在腐蚀介质中工作时,由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源,在变应 力作用下就会逐步扩展而导致断裂。例如在淡水中工作的弹簧钢,疲劳极限仅为空气中的10%~25%。腐蚀对 弹簧疲劳强度的影响,不仅与弹簧受变载荷的作用次数有关,而且与工作寿命有关。所以设计计算受腐蚀 影响的弹簧时,应将工作寿命考虑进去。 在腐蚀条件下工作的弹簧,为了保证其疲劳强度,可采用抗腐蚀性能高的材料,如不锈钢、非铁金属, 或者表面加保护层,如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。实践表明镀镉可以大大提高弹簧的疲劳极限。 6.温度 碳钢的疲劳强度,从室温到120℃时下降,从120℃到350℃又上升,温度高于350℃以后又下 降,在高温时没有疲劳极限。在高温条件下工作的弹簧,要考虑采用耐热钢。在低于室温的条件下,钢的 疲劳极限有所增加。 有关以上这些影响疲劳强度因素的具体数值,参看有关资料。 弹簧的强化工艺技术 阅读:2491人次 更新时间:2011-5-23 9:07:26 (1)弹簧的热处理强化工艺技术 1)保护气氛热处理。在我国,线mm 的弹簧、油淬火回火钢丝及韧化处理钢的热处理都采用 了保护气氛热处理。保护气氛热处理能够消除表面脱碳和氧化,提高材料的表面质量。 2)感应加热或保护气氛感应加热热处理。这项工艺一般在螺旋弹簧成形前的线材上进行,有些弹簧工 厂把线材料热处理和弹簧制作放在一起以降低成本。感应加热处理具有较好的强化效果,感应加热速度快, 有助细化晶粒和减少表面脱碳,可以充分发挥和提高材料的强度和韧性。 3)表面氮化热处理工艺技术。近年来,高应力气门弹簧或其他高应力离合器弹簧为了达到可靠的疲劳 寿命, 也采用表面氮化工艺技术, 现在比较先进的工艺是低温气体氮化技术, 一般氮化温度为 (450~470) ℃, 气体氮化时间为(5~20)h。 (2)弹簧的喷丸强化工艺 1)组合喷丸工艺技术。组合喷丸,一般也称多次喷丸工艺。大多数经济的工艺是采用二次喷丸。通过 采用不同直径的丸粒喷丸来实现。第一次采用较大丸粒来获得残余压应力和表面光洁度。 2)应力喷丸工艺。应力喷丸工艺也是一项比较经典的喷丸工艺,只是因为难以应用于大批量生产,但 近年来由于应力喷丸设备的快速发展,在高应力汽车悬架弹簧大批量生产中得到了较大发展。特别是应力 强化喷丸与其他喷丸工艺的组合应用具有很好的强化效果。 应力喷丸的预应力一般设定在 (700~800) MPa, 经应力抛丸后,残余应力的峰值可以达到(1200~1500)MPa,从而得到高的抗疲劳强度。 (3)弹簧的热强压工艺 热强压工艺主要应用在要求高的抗永久变形量的螺旋弹簧上,是作为高级的 防永久变形的稳定化处理工艺。热强压工艺除可以显着提高抗永久变形外,还可以提高疲劳寿命。 拉簧、 压簧的设计方法 阅读:3179 人次 更新时间:2009-12-23 8:57:54 弹簧设计的任务是要确定弹簧丝直径 d、工作圈数 n 以及其它几何尺寸,使得能满足强度约 束、刚度约束及稳定性约束条件,进一步地还要求相应的设计指标(如体积、重量、振动稳 定性等)达到最好。 具体设计步骤为:先根据工作条件、要求等,试选弹簧材料、弹簧指数 C。由于 sb 与 d 有 关,所以往往还要事先假定弹簧丝的直径 d。接下来计算 d、n 的值及相应的其它几何尺寸, 如果所得结果与设计条件不符合, 以上过程要重复进行。 直到求得满足所有约束条件的解即 为本问题的一个可行方案。实际问题中,可行方案是不唯一的,往往需要从多个可行方案中 求得较优解。 例 12-1 设计一圆柱形螺旋压缩弹簧,簧丝剖面为圆形。已知最小载荷 Fmin=200N,最大载 荷 Fmax=500N,工作行程 h=10mm,弹簧Ⅱ类工作,要求弹簧外径不超过 28mm,端部并紧 磨平。 解: 试算(一): (1)选择弹簧材料和许用应力。 选用 C 级碳素弹簧钢丝。 根据外径要求,初选 C=7,由 C=D2/d=(D-d)/d 得 d=3.5mm,由表 1 查得 sb=1570MPa,由表 2 知:[t]=0.41sb=644MPa。 (2) 计算弹簧丝直径 d 由式 得 K=1.21 由式 得 d≥4.1mm 由此可知,d=3.5mm 的初算值不满足强度约束条件,应重新计算。 试算(二): (1) 选择弹簧材料同上。为取得较大的 Id 值,选 C=5.3。 仍由 C=(D-d)/d,得 d=4.4mm。 查表 1 得 sb=1520MPa,由表 2 知[t]=0.41sb=623MPa。 (2) 计算弹簧丝直径 d 由式 得 K=1.29 由式 得 d≥3.7mm。 可知:Id=4.4mm 满足强度约束条件。 (3) 计算有效工作圈数 n 由图 1 确定变形量λ max:λ max=16.7mm。 查表 2,G=79000N/mm2, 由式 得 n=9.75 取 n=10,考虑两端各并紧一圈, 则总圈数 n1=n+2=12。至此,得到了一个满足强度与刚度 约束条件的可行方案,但考虑进一步减少弹簧外形尺寸与重量,再次进行试算。 试算(三): (1) 仍选以上弹簧材料,取 C=6 ,求得 K=1.253 , d=4mm ,查表 1 ,得 sb=1520MPa , [t]=0.41sb=623MPa。 (2) 计算弹簧丝直径。得 d≥3.91mm。知 d=4mm 满足强度条件。 (3)计算有效工作圈数 n。由试算(二)知,λ max=16.7mm,G=79000N/mm2 由式 得 n=6.11 取 n=6.5 圈,仍参考两端各并紧一圈,n1=n+2=8.5。 这一计算结果即满足强度与刚度约束条件,从外形尺寸和重量来看,又是一个较优的解,可 将这个解初步确定下来,以下再计算其它尺寸并作稳定性校核。 (4) 确定变形量λ max、λ min、λ lim 和实际最小载荷 Fmin 弹簧的极限载荷为: 因为工作圈数由 6.11 改为 6.5,故弹簧的变形量和最小载荷也相应有所变化。 由式 得: λ min=λ max-h=(17.77-10)mm=7.77mm (5) 求弹簧的节距 p、自由高度 H0、螺旋升角γ 和簧丝展开长度 L 在 Fmax 作用下相邻两圈的间距δ ≥0.1d=0.4mm,取δ =0.5mm,则无载荷作用下弹簧的节 距为 p=d+λ max/n+δ 1 =(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm p 基本符合在(1/2~1/3)D2 的规定范围。 端面并紧磨平的弹簧自由高度为 取标准值 H0=52mm。 无载荷作用下弹簧的螺旋升角为 基本满足γ =5°~9°的范围。 弹簧簧丝的展开长度 (6) 稳定性计算 b=H0/D2=52/24=2.17 采用两端固定支座,b=2.175.3,故不会失稳。 (7) 绘制弹簧特性线和零件工作图。 弹簧的类型及功用 阅读:3078人次 更新时间:2011-5-23 9:05:09 1 弹簧分类 弹簧的种类很多,若按照其所承受的载荷性质,弹簧主要分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧 等四种。若按照弹簧形状又可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、盘簧等。表中列出的是各种 弹簧的基本型式。 螺旋扭转弹簧是扭转弹簧中最常用的一种。盘簧具有较多的圈数、变形较大、储存能量也较大的特点,多 用于压紧及仪表、钟表的动力装置。板弹簧能承受较大的弯曲作用,常用于受载方向尺寸有限制而变形量 又较大的场合。由于板弹簧有较好的消振能力,所以在汽车、拖拉机和铁路车辆的悬挂装置中均普遍使用 这种弹簧。下面给出了各种类型弹簧的实物图。 2 弹簧功用 弹簧是通过其自身产生较大弹性变形进行工作的一种弹性元件。在各类机器中的应用十分广泛。其主要功 用是: 1)控制机械的运动,例如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧(见图 a) ; 2)吸收振动和冲击能量,例如各种车辆中的减振弹簧(见图 b)及各种缓冲器的弹簧等; 3)存储和释放能量,例如钟表弹簧(见图 c) 、枪栓弹簧等; 4)测量力的大小,例如弹簧秤(见图 d)和测力器中的弹簧等等。

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