弹簧的冲击试验

弹簧的冲击试验

　　一些工程机械、运输车辆的缓冲器及枪炮的复进器等所用弹簧在其工作过程中经常要承受冲击载荷。承受冲击载荷的弹簧，变形速度很快，例如有些高速枪炮的复进器弹簧的变形速度有的可以高达 20m/s。在这种高速度的变形下，弹簧的变形及应力分布是很不均匀的，尤其是当弹簧的变形速度高于应力在弹簧中允许的传递速度时，造成应力集中，产生弹簧永久变形，甚至断裂破损。因此对于这些弹簧要作冲击试验。

　　弹簧的冲击试验一方面是检验弹簧承受冲击载荷的性能，另方面也可以稳定弹簧尺寸，提高弹簧承载能力，并淘汰次品。通常总是对一批弹簧作抽样试验，重要的可以全部检验。

　　冲击试验可以采用两种形式，一种是水平方向冲击，另一种是垂直方向冲击。水平方向冲击试验可以在摆锤式冲击试验机上进行，垂直方向冲击试验可以在落锤试验机上进行。

　　要求在冲击试验机上作冲击试验的弹簧，应在图样上具体规定落锤的高度和质量，以及弹簧每端冲击的次数。若是落锤的能量大于弹簧能吸收的能量时，为了防止弹簧被击坏，必须安装限位装置。

　　冲击试验后，应检查弹簧自由高度下沉量，一般不得超过落锤前自由高度的3%，落锤试验后，不应再进行其他处理。

弹簧为什么应进行疲劳强度验算

弹簧为什么应进行疲劳强度验算

　　在机械设备中，组成机械的零件在工作时所产生的应力大致有两种类型:静应力与变应力。零件或材料在承受这两类不同的应力时，它们所显示出来的力学性能完全不一样。受静应力的零件或材料的破坏是塑性变形或脆性断裂，因此它们的强度是以材料的弹性极限或屈服强度和强度极限来衡量的。而受变应力的零件或材料的破坏则是疲劳断裂，因此它们的强度是以疲劳强度来衡量的。疲劳强度低于弹性极限或屈服强度等静应力强度。弹簧在实际工作中受纯静应力的情况很少，当应力变化缓慢或者变化幅度较小、次数较少时，则可以看作是静应力，这就是在设计计算中所谓受准静载荷的弹簧。应力变化次数多、变化幅度大的弹簧则应考虑疲劳强度，也就是所谓受动载荷的弹簧。影响疲劳强度的因素很多，受变应力的弹簧，由于一般所给的许用应力已不能全面反映这些因素，因此对一些重要的弹簧应进行疲劳强度的验算。

变应力弹簧的类型和特性

变应力弹簧的类型和特性

　　随时间作周期性变化，而变化幅度保持常数的变应力弹簧，如气门弹簧上的应力，称为稳定性循环变应力弹簧。若变化幅度也是按一定规律周期性变化，则称为不稳定循环变应力弹簧。变应力弹簧不呈周期性变化，而带有偶然性，如汽车的悬架弹簧上受的应力，称为随机变应力弹簧。瞬时过载或冲击产生的应力，如缓冲器弹簧所受的应力称为尖峰应力。

　　图为变应力弹簧谱。如图所示，零件受周期性的最大应力o及最小应力σmin作用，其应力幅为σ。，平均应力为om，它们之间的关系为

　　r称为循环特征(或称变应力弹簧不对称系数)，表示变应力弹簧的变化性质。上列各式中的·m和omin指应力绝对值的最大和最小，但代入公式中时，应带有本身正负号。

　　图所示变应力弹簧，平均应力cm=0,而max- -omin,因此，r=-1，这类应力称为对称循环变应力弹簧。

　　图所示变应力弹簧，·min -0, oa =om,而omax =20. -20m。 此时，r=0，这类应力称为脉动循环变应力弹簧。

　　当ama与Κmn接近或相等时，o。接近或等于零，此时循环特征r=+1，这类应力称为静应力。

　　除去对称和脉动循环变应力弹簧以及静应力外，其他类型的变应力弹簧称为非对称循环变应力弹簧。

　　变应力弹簧的循环特征，，应力幅σ。和循环次数N对零件的疲劳强度都有影响。零件在同一最大应力水平时，，值越大，或o。越小，或N越少，它的疲劳强度越高。

　　常用的普通压缩和拉伸螺旋弹簧，在受载后，弹簧材料截面产生扭转切应力-，在计算这类弹簧时，只要将式中各正应力。代入对应的切应力-即可。

弹簧的疲劳断裂与哪些因素有关

弹簧的疲劳断裂与哪些因素有关

　　弹簧材料的疲劳断裂损伤过程，一般有以下几个阶段:移、裂纹萌生、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展、瞬时断裂。

　　弹簧形成疲劳断裂裂纹的方式很多，有的发生在金属晶体表面、晶界或金属内部非金属夹杂与基体交界处；有的发生在弹簧表面原有的缺陷处，如表面机械划伤、焊接裂纹、腐蚀小坑、锻造缺陷、脱碳等:有的是因弹簧的结形状造成应力集中而形成疲劳裂纹萌生源，如弹簧上的内、外圆角、键槽、缺口等处。

　　影响弹簧疲劳断裂强度的因素

　　1、屈服强度，材料的屈服强度和疲劳断裂极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈服强度愈高，疲劳强度也愈高，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。

　　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断裂强度的影响很大。

　　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断裂性能下降。

　　4、冶金缺陷，冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元索的偏析等。

　　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。

　　6、温度 碳钢的疲劳断裂强度，从室温到120时下降，从120℃ -350℃又上升，温度高于350以后又下降，在高温时没有疲劳断裂极限。

　　东莞弹簧厂，弹簧设计加工厂家，可根据要求计算并生产各种规格的高精度、高稳定性、高寿命的弹簧产品。弹簧选材齐全，电镀种类多样。

疲劳曲线（S-N曲线)

疲劳曲线（S-N曲线)

　　传统的疲劳设计，是以材料的疲劳曲线或称S(应力)-N(寿命)曲线为根据的。由于实验数据存在很大的离散性，因此只能用统计判断的方法绘制此曲线。对于不稳定变应力，要用损伤累积假说来估算零件的疲劳破坏寿命。

　　各种材料对变应力的抵抗能力，是以在一定循环作用次数N下，不产生破坏的最大应カлN来表示的。σr称为一定循环作用次数N的极限应力，也称为条件疲劳极限。对于一种材料，根据实验，可得出在各种循环作用次数N下的极限应力，以横坐标为作用次数N、纵坐标为极限应力，绘成如图8-10所示曲线，则称为材料的疲劳曲线，或称S-N曲线。从图中可以看出，应力愈高，则产生疲劳破坏的循环次数愈少。变应力低于某一数值时，则材料不再产生疲劳破坏，此时的应力称为材料的疲劳极限。出现疲劳极限的循环次数称为循环基数N，一般钢材N=10°~107左右，硬质合金(38HRC)>N,=25 x107左右，有色金属没有水平线段，即没有绝对的疲劳极限。一般工程上给出的疲劳极限是107或108。在腐蚀介质的情况下，钢材也没有疲劳极限，如图8-11所示。对应于循环基数Ν的疲劳极限，假如是对称循环的变应力，即r= -1,用o或т表示；如是脉动循环时，即r=0，则用лo或πo表示。

　　为了便于绘制疲劳曲线，往往采用半对数坐标lgN-o(r)，有时也用对数坐标lgN-lgo(T)。图8-12所示为几种合金弹簧钢的对数坐标疲劳曲线。疲劳曲线左边的条件疲劳极限(倾斜段)可用式(8-4)表示

　　此式称为疲劳曲线方程(或 Wohler曲线方程)。式中x为指数，与材料和应力形式有关，其值根据实验确定，在对数坐标中，此数即疲劳曲线的斜率。对于钢材x为6~10，有应力集中的取小值，表面光滑的取大值。

　　根据疲劳极限a，按(8-4)式便可计算出任意循环作用次数N时的条件疲劳极限

　　式中 ks—寿命系数。

　　由于应力循环作用次数N对疲劳强度影响较大，所以在制定弹簧的许用应力时，根据作用次数分为三类:弹簧受变载荷在1 x10次以上的为类；在1x103 ~1 x10次之间的为Ⅱ类；在1x103 次以下的为Ⅲ类。