摘要:目前國內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)彈簧設(shè)計(jì)與制造的一些指導(dǎo)性論述與實(shí)際應(yīng)用是有一些差異的湿弦。本文將對(duì)有關(guān)“手冊(cè)”中的節(jié)錄與筆者根據(jù)實(shí)踐和分析后的結(jié)果做一些闡述蹭秋。

前言

應(yīng)出版社的要求,筆者對(duì)近四十年以來國內(nèi)(包括國外譯著)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)彈簧設(shè)計(jì)與制造方面的內(nèi)容進(jìn)行了研讀,從中注意到這些著作中的一些指導(dǎo)性論述和我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用是有一定的差異的≈怨В現(xiàn)在將這些手冊(cè)中的一些內(nèi)容節(jié)錄,并與筆者根據(jù)實(shí)踐和分析后的結(jié)果闡述如下此叠。

一、關(guān)于彈簧的強(qiáng)壓(拉匾荆、扭)處理

《GB1805彈簧術(shù)語》對(duì)彈簧強(qiáng)壓(拉拌蜘、扭)處理作了如下定義:“將彈簧壓縮(拉伸、扭轉(zhuǎn))至彈簧材料表層產(chǎn)生有益的與工作應(yīng)力反向殘余應(yīng)力,以達(dá)到提高彈簧承載能力和穩(wěn)定幾何尺寸的一種工藝方法”牙丽。

化學(xué)工業(yè)出版社出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第15章“彈簧的強(qiáng)化處理及熱處理—強(qiáng)壓(強(qiáng)拉简卧、強(qiáng)扭)處理”一節(jié)中,以理論力學(xué)做了分析后得出結(jié)論認(rèn)為:“以上結(jié)論表明:設(shè)計(jì)彈簧時(shí),如以彈簧材料扭轉(zhuǎn)屈服極限τ2為設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)力。壓縮彈簧經(jīng)強(qiáng)壓處理后,材料截面表層可能存在近于τ2/3的負(fù)殘余應(yīng)力,故彈簧承載時(shí),截面表層的實(shí)際應(yīng)力比計(jì)算應(yīng)力低約1/3郑舷÷踅校…故亦相當(dāng)于承載能力提高了1/3≈舛欤”該手冊(cè)還認(rèn)為:不同類型的彈簧其強(qiáng)壓處理的方法…扭桿彈簧是將扭桿在工作載荷的方向,加以超過扭桿切變彈性極限的扭矩暂韭；壓縮彈簧和拉伸彈簧分別加以超過彈簧材料切變彈性極限的壓縮和拉伸載荷；扭轉(zhuǎn)彈簧加以超過彈簧材料極限的扭矩,都可以提高彈簧的承載能力奇门。

機(jī)械工業(yè)出版社出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(1993年版)第30篇提出:“經(jīng)過強(qiáng)壓(拉)處理的彈簧,可以提高彈簧的許用應(yīng)力τP,最高可以達(dá)25%……”根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》提供的資料,可以統(tǒng)計(jì)并得到彈簧強(qiáng)壓(拉盒伸、扭)處理前和強(qiáng)壓處理后可以達(dá)到的許用應(yīng)力[τ]值。列表如下:

彈簧種類許用應(yīng)力強(qiáng)壓處理后可以達(dá)到的許用應(yīng)力

壓縮彈簧

Ⅰ類[τ]=(0.35～0.4)σb

Ⅱ類[τ]=(0.4～0.47)σb

Ⅲ類[τ]=(0.5～0.55)σb

[τ]=(0.44～0.532)σb

[τ]=(0.50～0.625)σb

[τ]=(0.62～0.731)σb

拉伸彈簧

Ⅰ類=[τ](0.28～0.32)σb

Ⅱ類=[τ](0.32～0.38)σb

Ⅲ類=[τ](0.40～0.44)σb

[τ]=(0.35～0.425)σb

[τ]=(0.40～0.505)σb

[τ]=(0.50～0.585)σb

扭轉(zhuǎn)彈簧

強(qiáng)扭處理前的工作極限彎曲應(yīng)力σf

Ⅱ類[τ]=0.625σb

Ⅲ類[τ]=0.80σb

強(qiáng)壓處理后可以達(dá)到的極限彎曲應(yīng)力σf

[τ]=(0.78～0.83)σb

[τ]=(1.00～1.06)σb

注:(1)Ⅰ類載荷(106以上)栖啰；Ⅱ類載荷(103～105)橘沾；Ⅲ類載荷(103以下)(2)強(qiáng)壓(拉、扭)處理后可以達(dá)到的許用應(yīng)力是按強(qiáng)壓(拉劫漠、扭)處理前的許用應(yīng)力的1.25～1.33倍計(jì)算得到的仲它。

通過強(qiáng)壓處理能夠使彈簧一下子就提高承載能力25%～33%,這對(duì)于剛剛接觸機(jī)械零件設(shè)計(jì)的技術(shù)人員來說,確實(shí)是一個(gè)有非常吸引人的數(shù)據(jù)。

但是,經(jīng)過筆者的實(shí)踐和分析,認(rèn)為:通過強(qiáng)壓(拉拄弯、扭)處理來提高彈簧的承載能力是有條件的兜飒。因?yàn)樵趶?qiáng)壓處理過程中,只有將彈簧材料表層產(chǎn)生有益的與工作應(yīng)力反向殘余應(yīng)力,才能獲得強(qiáng)壓的效果,并且只有在強(qiáng)壓(拉、扭)時(shí),使得彈簧材料產(chǎn)生的殘余應(yīng)力即塑性變形越大,彈簧材料的彈性極限提高得就越大贞盯。但每種材料的彈性極限都是有一定的限度的,一旦超過這個(gè)極限,材料不僅會(huì)產(chǎn)生塑性變形,而且會(huì)“完全屈服”變形,許多彈簧在強(qiáng)壓(拉)到材料的0.5σb就已經(jīng)“完全屈服”變形音念。各種材料屈服極限值也有差異,屈服極限值只能通過強(qiáng)度驗(yàn)算和試驗(yàn)后才能確定。另外,強(qiáng)壓(拉躏敢、扭)處理的效果與彈簧的外形結(jié)構(gòu)闷愤、特性随闽、以及強(qiáng)壓處理的工藝方法都有密切的關(guān)系。就彈簧的外形結(jié)構(gòu)而言,旋繞比大或者螺旋升角小的(壓縮彈簧)就不可能通過強(qiáng)壓處理來提高它的承載能力,旋繞比和螺旋升角究竟多少能達(dá)到目的,需要通過強(qiáng)壓設(shè)計(jì)和試驗(yàn)才能確定肝谭。所以,并非僅僅是簡單的將彈簧壓一壓、拉一拉或者扭一扭,就能夠一下子提高承載能力多少多少的蛾扇。

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