Знание аппаратного обеспечения: шесть факторов влияют на усталостную прочность пружины

Несколько факторов, влияющих на усталостную прочность пружины

1. Существует определенная связь между пределом текучести материала и пределом выносливости. Вообще говоря, чем выше предел текучести материала, тем выше усталостная прочность. Следовательно, чтобы повысить усталостную прочность пружины, мы должны попытаться увеличить предел текучести материала пружины. Или используйте материалы с высоким соотношением предела текучести к пределу прочности. Для одного и того же материала мелкозернистая структура имеет более высокий предел текучести, чем крупнозернистая и мелкозернистая структура.

2. Максимальное напряжение поверхностного состояния в основном возникает на поверхности материала пружины, поэтому качество поверхности пружины оказывает большое влияние на усталостную прочность. Такие дефекты, как трещины, дефекты и рубцы, вызванные материалами пружин во время прокатки, волочения и навивки, часто являются причинами усталости и разрушения пружины.

Чем меньше шероховатость поверхности материала, тем меньше концентрация напряжений и выше усталостная прочность. Влияние шероховатости поверхности материала на предел выносливости. С увеличением шероховатости поверхности предел выносливости снижается. При одинаковой шероховатости разные марки стали и разные способы намотки имеют разную степень снижения предела выносливости. Например, степень сжатия холоднонавитых пружин меньше, чем у горяченавитых пружин. Поскольку стальная горячая пружина и ее термообработка нагреваются, поверхность материала пружины становится шероховатой из-за окисления и происходит обезуглероживание, что снижает усталостную прочность пружины.

Шлифование, прессование, дробеструйная обработка и прокатка поверхности материала. Оба могут улучшить усталостную прочность пружины.

3. Чем больше размер материала с размерным эффектом, тем выше вероятность появления дефектов, вызванных различными процессами холодной и горячей обработки, и тем больше вероятность появления дефектов поверхности. Все эти причины приведут к снижению усталостных характеристик. Поэтому влияние размерного эффекта следует учитывать при расчете усталостной прочности пружины.

4. Металлургические дефекты Металлургические дефекты представляют собой выделение неметаллических включений, пузырьков, элементов и т.п. в материале. Включения, присутствующие на поверхности, являются источником концентрации напряжений, что приводит к преждевременному усталостному образованию трещин между включениями и границей раздела подложки. Использование вакуумной плавки, вакуумного литья и других мероприятий позволяет значительно улучшить качество стали.

5. Когда пружина из агрессивной среды работает в агрессивной среде, она становится источником усталости из-за питтинга на поверхности или коррозии границ зерен поверхности. Под действием переменного напряжения он постепенно расширяется и вызывает разрушение. Например, пружинная сталь, работающая в пресной воде, имеет предел усталости всего от 10% до 25% от предела усталости на воздухе. Влияние коррозии на усталостную прочность пружины связано не только с количеством раз, когда пружина подвергается переменным нагрузкам, но и со сроком службы. Поэтому при проектировании и расчете пружины, подверженной коррозии, следует учитывать срок службы.

Для пружин, работающих в агрессивных условиях, для обеспечения их усталостной прочности можно использовать материалы с высокой коррозионной стойкостью, например, нержавеющую сталь, цветные металлы, или защитный слой на поверхности, например, гальваническое покрытие, оксидирование, напыление, живопись и т. д. . Практика показывает, что кадмиение может значительно повысить предел выносливости пружины.

6. Усталостная прочность углеродистой стали снижается от комнатной температуры до 120°С, повышается от 120°С до 350°С и снова падает после повышения температуры выше 350°С. Предел выносливости при высоких температурах отсутствует. Для пружин, работающих в условиях высоких температур, следует рассмотреть возможность использования жаропрочной стали. При температуре ниже комнатной предел выносливости стали увеличивается.