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弹簧安全系数

弹簧安全系数
  弹簧安全系数的导出从Goodman应力图3原点0作与横轴成450的射线,与BC的延长交于A(图6),此点坐标-tm与相等,即应力幅za=-1,为对称循环时的疲劳极限x-1。弹簧安全系数计算式是依据此图导出的。
  
  如已知最大工作应力和最小工作应力,其疲劳极限应力如图示在疲劳极限BD线上为m。可知其疲劳安全系数为:
  
  按照疲劳规范,一般将to与t-1,的相关性表示为敏感系数中=(2x,-t,)/to,对于合金钢和弹簧钢的中=0.08~0.2,对应的t/r6=-0.54-0.6,(to-t1)ti=0.85~0.67,如取0.75,则安全系数计算式可简化为:
  
  计算时如缺少具体的脉动疲劳极限t0值, 一般根据材料的抗拉强度,可以估算值,见表2。
  
  当弹簧的设计计算和材料试验数据精确性高时,取最小疲劳安全系数S。=1.3-1.7;当精确性低时,取S.=1.8-2.2。
  
  如最大工作应力处于DG线以下时,弹簧的工作情况接近于静强度,其极限应力为。因而可得静强度安全系数为S,=—2S,min (2)Tmax最小静强度安全系数S的选取同最小疲劳安全系数。
  
  扭切屈服极限,=0.45o,是按不产生永久变形的取值。随着弹簧永久变形允许程度,可以适当提高,最高可到静载荷的许用切应力。
  
  当这两种情况不易区别时,要同时进行两种强度的校核。当受到尖峰载荷作用时,应根据尖峰载荷产生的应力进行静强度校核。
  
  表2为冷卷压缩弹簧的脉动疲劳切应力值。冷卷拉伸弹簧的,取表所列值的80%。
  
  注:1.适用于油淬火一回火弹簧钢丝、碳素弹簧钢丝和弹簧用不锈钢丝;2.对于喷丸处理的弹簧表列数值可适当提高,最高可达20%;3.当弹簧在有腐蚀介质中工作,或弹簧表面有防护层时,疲劳切应力值参考有关资料选取;4.抗拉强度,选取材料标准的下限值。
  
  从公式的来源,可以看出此公式系作者综合分析导出,具有一定的局限性。在第二版《弹簧手册》中特冠以《张氏公式》,表明此公式的性质,便于读者量情应用。
  
  弹簧设计应用的公式都是在材料力学的基础上简化而成,是近似性的,与实际具有一定的误差。设计者可根据具体情况进行适当的修正。必要时,可进行有限元法核验。
  
  疲劳强度与很多因素有关,如设计、材料、工艺、使用和环境等。设计的近似性、材料的不稳定性、工艺的繁琐性、使用和环境的复杂性,这些影响因素导致弹簧产品的疲劳强度具有模糊性,很难保证产品的疲劳强度。所以对于重要产品的定型,应进行疲劳强度试验,确定其疲劳强度。

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