工业从业者应知道弹簧的小知识

弹簧或弹性元件是相当重要的基础件。由于他有许多可贵的特殊性能，在汽车，拖拉机，仪表仪器以及轻纺织业中都有广泛的应用。

有些重要弹簧在工作中一旦发生疲劳断裂事故，将有可能造成重大经济损失，更有甚者还可能会威胁到工人的人身。

因此，为了防患于未然，我们须要对于影响弹簧疲劳强度的因素了然于心。

影响弹簧疲劳强度的几个因素

屈服强度

材料的屈服强度和疲劳极限之间有相应的关系，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。

表面状态

应力上限值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。

尺寸效应

材料的尺寸愈大，由于各种冷处理和热处理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。

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。

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，疲劳极限为空气中的10%~25%。腐蚀对弹簧疲劳强度的影响，不光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，为了保障其疲劳强度，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。

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。

除了影响弹簧疲劳强度的因素外，我们还应该了解下弹簧刚度的影响因素。

我们拿复合材料的螺旋弹簧为例：

(1) 纤维弹性模量、纤维体积分数、簧丝外直径、有效圈数以及弹簧圈平均直径对新型复合材料弹簧的刚度有显著影响。刚度系数随着纤维杨氏模量、纤维体积分数、簧丝外直径的增加而明显地增加，随着它们的下降而急剧下降；而有效圈数、弹簧圈平均直径对刚度系数的影响正好与之相反。在实际许可条件下，除了碳纤维弹性模量一般不变之外，改变其中任意一个量，都可以显著改变刚度，使产品能够轻易接近设计标准。

(2) 基体弹性模量、复合材料泊松比对刚度影响很小，设计时可以忽略，以减少设计变量数目。

(3) 簧丝内直径在相应范围内变化时，几乎不影响弹簧刚度，却能显著降低弹簧重量，但超出这个范围之后，随着内直径的增加，弹簧刚度急剧下降。簧丝内直径是关键参数，设计中需要找到一个平衡点，内直径尽量大，但刚度下降却要保持在一个很小的许可范围之内。

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信息发布：天津元象

信息来源：今日头条

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