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弹簧材料的极限应力图

  • 发布时间:2020-06-09

  • 编辑:弹簧寿命

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  弹簧材料的极限应力

  

  图1.1弹簧材料的典型疲劳强度(S-N)曲线弹簧材料的典型疲劳曲线(图1)表明应力S(stress,tn) 与寿命N(number)的相关性,应力、高,则寿命N短。当应力低到一定程度时,可以使寿命得到极大的延长,曲线近似于水平,以至于很难测到其真实寿命。这个低应力对应的寿命N。,称为寿命基数。不同的材料对应有不同的寿命基数No,随着材料强度的走高,No值在增加。弹簧材料的NO值在10^7~10^8之间。因此,在考核疲劳寿命时,往往以寿命10^7次为准,当超过此值时就很难测到其寿命。

  

弹簧材料的极限应力图

  1、考虑应力幅时弹簧材料的疲劳曲线

  

  弹簧工作时的应力幅,即更大应力与最小应力.之差,表征应力变化的幅度.=t。…-t,或以应力特征y=t/ra.表示。不同的应力幅,弹簧的强度不同。在同等更大应力的情况下,应力幅愈大,即最小应力了愈小,弹簧的强度愈低,相反应力幅.愈小即最小应力m愈大,弹簧的强度愈高。当最小应力大到接近更大应力时,即应力变化幅度很小,处于微振状态,即接近.~1(y~1),一般弹簧的强度可以以静强度考核。其极限强度值为扭切强度极限,或扭切屈服极限r。

  弹簧材料的极限应力图

  当最小应力r小到接近于0时,应力变化幅度很大,处于极振状态,即r=0(y=0),一般弹簧的强度为更低,其扭切强度极限表示为,称为脉动疲劳极限。如图2示,以横轴为了,以竖轴为t,对不同应力幅,即不同最小应力,测得的弹簧材料的疲劳极限点dim。如将这些极限点连接,则形成了一微上拱的BC曲线,此曲线的曲度较小,可以简化为直线。BC线的竖值,即为不同的应力幅下的弹簧的疲劳极限强度。

  

  再进一步,从疲劳曲线图的0点作450延长线,此线竖值即为应力幅的最小值t…。在此线与BC(m)线的交点,即应力幅等于0,为静应力,也即切应力极限值不e切应力极限值一般取=(2/3)、。为了保持弹簧的弹性,按扭切屈服极限x=0.45,作水平线,分别与极限    应力线和最小应力交于D和G,DG线即为弹簧不发生变形的极限应力。

  

  如图3示OBDG区表示为不同应力幅下的弹簧材料强度极限应力区,当弹簧的更大工作应力处于OBDG区内时,即表示具有一定的安全性。在疲劳规范中,以循环最小应力值为横坐标,更大应力值为纵坐标表示的疲劳极限,一般称为Goodman疲劳极限应力图。

  弹簧材料的极限应力图

  2、弹簧材料疲劳极限应力图的形成如考虑到疲劳寿命,可从疲劳曲线上任意点作水平线与竖轴相交E点,此点即为对应于寿命N的疲劳极限应力w。如图4示,当寿命N=10时,对应的疲劳极限应力t动。然后作t与C点的连线,与扭切屈服极限DG线相交于D,OEDG区即为寿命N=10时,不同应力幅的疲劳极限应力区。对要求弹簧的疲劳寿命N=10时,当其更大工作应力处于此区域内时,即表示具有一定的安全性。同样,可以得弹簧的疲劳寿命N=10°时的疲劳极限应力区OFHG。如此便可以绘制出具有不同疲劳寿命下弹簧疲劳极限应力。

  

  图5示为压缩弹簧疲劳极限图。适用于未经喷丸处理的具有较好的耐疲劳性能的钢丝,如重要用途碳素弹簧钢丝、高疲劳级油淬火一回火弹簧钢丝。此图比较概略。不同的类型的钢丝,不同的直径具有不同的疲劳极限应力图,参见《弹簧手册》,或DIN2089T1《圆线材和圆棒材制圆柱形螺旋弹簧:计算与结构》。

  弹簧材料的极限应力图

  图中r=0.45的横线是以不产生变形的设定值,随着弹簧变形允许程度,可以适当提高。更高可接近扭切强度。

  

  从图中可以看出=0.45也是疲劳寿命10作用次数时的极限强度。这表明当作用次数小于10时,可以按静强度考虑。同样,应力幅.小到一定程度时,也可以按静强度考虑。


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