对机械设计手册中某些弹簧内容的疑义

发布日期:[08-08-03 10:50:49] 浏览人次:[]

得就越大。但每种材料的弹性极限都是有一定的限度的,一旦超过这个极限,材料不仅会产生塑性变形,而且会“完全屈服”变形,许多弹簧在强压(拉)到材料的0.5σb就已经“完全屈服”变形。各种材料屈服极限值也有差异,屈服极限值只能通过强度验算和试验后才能确定。另外,强压(拉、扭)处理的效果与弹簧的外形结构、特性、以及强压处理的工艺方法都有密切的关系。就弹簧的外形结构而言,旋绕比大或者螺旋升角小的(压缩弹簧)就不可能通过强压处理来提高它的承载能力,旋绕比和螺旋升角究竟多少能达到目的,需要通过强压设计和试验才能确定。所以,并非仅仅是简单的将弹簧压一压、拉一拉或者扭一扭,就能够一下子提高承载能力多少多少的。
  综上分析,弹簧强压处理的压应力τQy或者压力PQy首先应该满足以下公式要求:τQy=8DPQy/πd3>τS≥0.5
  同时,当τQy /σb>0.8时,会使材料达到屈服极限,弹簧出现永久变形,反而使载荷减少。
  因此强压处理的压应力τQy /σb必须在0.5~0.8范围内。从上面表格中可以看出:除非是高应力弹簧,一般的压缩、拉伸和扭转弹簧都不具备强压(拉、扭)的必备条件,但可以通过对弹簧进行“预制高”的工艺来创造条件。例如:对于压缩弹簧和扭转弹簧,可以通过对它预留强压的“预制高”和“预制角”来实现两个目的:一是使得弹簧材料截面表层可以产生残余应力的“压缩量”和“扭转量”;二是经过强压处理后弹簧的高度尺寸或角度正好符合设计的要求。对于拉伸弹簧来说第一个目的就不容易实现。
  根据以上的分析和笔者以往对截锥形弹簧强压处理效果的探讨[3],得到对弹簧强压处理的意见是:
  1、在考虑要对弹簧作强压处理时,应该先对弹簧进行强压设计,以确定该弹簧是否适合做强压处理。
  2、具备强压处理条件并受高应力的压缩弹簧、扭转弹簧等,经过强压处理后力学性能会得到明显的改善。
  3、有初拉力要求的拉伸弹簧,在强拉处理时初拉力会减少甚至消失,这类弹簧不能做强拉处理[4]。而无初拉力要求的拉伸弹簧,是不容易通过强拉处理来提高承载能力的。
  4、高温(超过+60℃)及腐蚀条件下工作的弹簧作强压处理,只能起稳定尺寸的作用,不能提高承载能力。
  5、通过用强压处理的方法来提高截锥形弹簧的承载能力在实际上是不可取的[3] ,并以此可以推断出:对于各种变刚度的弹簧,是不适合用强压处理的方法来提高它的承载能力的。
  二、关于电抛光处理
  为了满足对要求精密的弹性零件的力学性能,一些文献[4]提出:“可以对用精密合金、铜合金和不锈钢丝制造的弹簧进行电抛光或者化学抛光处理,以微量削减材料表层,来达到需要的尺寸和特性。” 笔者经过实践后认为,采用电抛光是可以削减弹簧表层的尺寸的,这对一些压缩弹簧、弹簧片和波纹管可以适当的采用,但是对拉伸、扭转等无间隙的弹簧,不适合用电抛光来降低其力学性能。
  因为,电抛光的电流及其电介液(含硫酸、硝酸等)在极短的时间内(抛光的时间一般2~8秒)不可能均匀地通过弹簧圈与圈之间的缝隙,这样经过电抛光处理后的拉、扭簧材料的截面直径成了不均匀、不规则的多棱边形,这对精度要求比较高的弹簧来说是不可取的。从电抛光对弹簧性能的影响考虑出发,是不宜用过多的时间去电抛光,因为在酸溶液的时间过长,对弹簧强度的影响是绝对存在的,而且是有害的。其次,电抛光的溶液使用期较低,工艺参数变化大,每批弹簧都需要经过试验后才能确定,从经济上考虑也提高了成本。目前各种牌号各种直径规格的弹簧钢丝都有供应,基本上能满足各种精密要求弹簧的力学性能。
  综上所述对拉伸弹簧和扭转弹簧,想通过电抛光来削减其微量尺寸,以达到需要的特性,并不可取的。对化学抛光也存
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