彈簧或彈性元件是相當(dāng)重要的基礎(chǔ)件。由于他有許多可貴的特殊性能，在汽車，拖拉機，儀表儀器以及輕紡織業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用。

有些重要彈簧在工作中一旦發(fā)生疲勞斷裂事故，將有可能造成重大經(jīng)濟損失，更有甚者還可能會威脅到工人的人身。

因此，為了防患于未然，我們須要對于影響彈簧疲勞強度的因素了然于心。

影響彈簧疲勞強度的幾個因素

屈服強度

材料的屈服強度和疲勞極限之間有相應(yīng)的關(guān)系，一般來說，材料的屈服強度越高，疲勞強度也越高，因此，為了提高彈簧的疲勞強度應(yīng)設(shè)法提高彈簧材料的屈服強度，或采用屈服強度和抗拉強度比值高的材料。對同一材料來說，細晶粒組織比粗細晶粒組織具有更高的屈服強度。

表面狀態(tài)

應(yīng)力上限值多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以彈簧的表面質(zhì)量對疲勞強度的影響很大。彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過程中造成的裂紋、疵點和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的原因。

材料表面粗糙度愈小，應(yīng)力集中愈小，疲勞強度也愈高。材料表面粗糙度對疲勞極限的影響。隨著表面粗糙度的增加，疲勞極限下降。在同一粗糙度的情況下，不同的鋼種及不同的卷制方法其疲勞極限降低程度也不同，如冷卷彈簧降低程度就比熱卷彈簧小。因為鋼制熱卷彈簧及其熱處理加熱時，由于氧化使彈簧材料表面變粗糙和產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，這樣就降低了彈簧的疲勞強度。

對材料表面進行磨削、強壓、拋丸和滾壓等。都可以提高彈簧的疲勞強度。

尺寸效應(yīng)

材料的尺寸愈大，由于各種冷處理和熱處理工藝所造成的缺陷可能性愈高，產(chǎn)生表面缺陷的可能性也越大，這些原因都會導(dǎo)致疲勞性能下降。因此在計算彈簧的疲勞強度時要考慮尺寸效應(yīng)的影響。

冶金缺陷

冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夾雜物是應(yīng)力集中源，會導(dǎo)致夾雜物與基體界面之間過早地產(chǎn)生疲勞裂紋。采用真空冶煉、真空澆注等措施，可以大大提高鋼材的質(zhì)量。

腐蝕介質(zhì)

彈簧在腐蝕介質(zhì)中工作時，由于表面產(chǎn)生點蝕或表面晶界被腐蝕而成為疲勞源，在變應(yīng)力作用下就會逐步擴展而導(dǎo)致斷裂。例如在淡水中工作的彈簧鋼，疲勞極限為空氣中的10%~25%。腐蝕對彈簧疲勞強度的影響，不光與彈簧受變載荷的作用次數(shù)有關(guān)，而且與工作壽命有關(guān)。所以設(shè)計計算受腐蝕影響的彈簧時，應(yīng)將工作壽命考慮進去。

在腐蝕條件下工作的彈簧，為了保障其疲勞強度，可采用抗腐蝕性能高的材料，如不銹鋼、非鐵金屬，或者表面加保護層，如鍍層、氧化、噴塑、涂漆等。實踐表明鍍鎘可以大大提高彈簧的疲勞極限。

溫度

碳鋼的疲勞強度，從室溫到120℃時下降，從120℃到350℃又上升，溫度高于350℃以后又下降，在高溫時沒有疲勞極限。在高溫條件下工作的彈簧，要考慮采用耐熱鋼。在低于室溫的條件下，鋼的疲勞極限有所增加。

除了影響彈簧疲勞強度的因素外，我們還應(yīng)該了解下彈簧剛度的影響因素。

我們拿復(fù)合材料的螺旋彈簧為例：

(1) 纖維彈性模量、纖維體積分數(shù)、簧絲外直徑、有效圈數(shù)以及彈簧圈平均直徑對新型復(fù)合材料彈簧的剛度有顯著影響。剛度系數(shù)隨著纖維楊氏模量、纖維體積分數(shù)、簧絲外直徑的增加而明顯地增加，隨著它們的下降而急劇下降；而有效圈數(shù)、彈簧圈平均直徑對剛度系數(shù)的影響正好與之相反。在實際許可條件下，除了碳纖維彈性模量一般不變之外，改變其中任意一個量，都可以顯著改變剛度，使產(chǎn)品能夠輕易接近設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 基體彈性模量、復(fù)合材料泊松比對剛度影響很小，設(shè)計時可以忽略，以減少設(shè)計變量數(shù)目。

(3) 簧絲內(nèi)直徑在相應(yīng)范圍內(nèi)變化時，幾乎不影響彈簧剛度，卻能顯著降低彈簧重量，但超出這個范圍之后，隨著內(nèi)直徑的增加，彈簧剛度急劇下降?；山z內(nèi)直徑是關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計中需要找到一個平衡點，內(nèi)直徑盡量大，但剛度下降卻要保持在一個很小的許可范圍之內(nèi)。

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