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彈簧材料的試驗(yàn)，由于原材料表面狀態(tài)、拉拔程度、外形尺寸等與一般鋼材不同，不易做成中間細(xì)的試棒進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。如果將彈簧材料直接夾在試驗(yàn)機(jī)上，又因夾持部分會(huì)有附加應(yīng)力，而使此部分首先破壞，也不能反映材料的真實(shí)疲勞強(qiáng)度。因此，彈簧材料的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)一般是用卷成的彈簧進(jìn)行的。即使這樣，由于很多因素的影響，試驗(yàn)值也很離散，許用應(yīng)力也往往難于判斷。
彈簧疲勞試驗(yàn)的目的大致分三大類(lèi)：一類(lèi)是對(duì)產(chǎn)品或設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行試驗(yàn)，這類(lèi)試驗(yàn)主要是對(duì)產(chǎn)品或設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)證和可靠性評(píng)定。有關(guān)彈簧的這類(lèi)試驗(yàn)的規(guī)范見(jiàn)第5章和GB／T7684—96。一類(lèi)是確定彈簧材料的疲勞極限或S—N曲線所進(jìn)行的試驗(yàn)，這類(lèi)試驗(yàn)的目的主要是為設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)；一類(lèi)是確定外部因素對(duì)疲勞強(qiáng)度或壽命的影響，這類(lèi)多為對(duì)比試驗(yàn)，主要為提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和依據(jù)。下面將分別敘述后兩類(lèi)彈簧疲勞試驗(yàn)的有關(guān)各項(xiàng)。
1．試樣 在制作試樣時(shí)，要注意消除一些影響疲勞強(qiáng)度的不正常因素。影響彈簧疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)的因素有兩類(lèi)：一類(lèi)是內(nèi)部因素，如化學(xué)成分、金相結(jié)構(gòu)等；另一類(lèi)是外部因素，如表面狀態(tài)、形狀尺寸、溫度和周?chē)橘|(zhì)等。通常把材料固有的疲勞強(qiáng)度(內(nèi)部因素)作基本，而以外部因素作修正來(lái)考慮。所以在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試件應(yīng)盡量消除外部因素的影響。在進(jìn)行第一類(lèi)試驗(yàn)時(shí)，試樣可按使用條件制作，也可在產(chǎn)品中直接抽取。在進(jìn)行第二、三類(lèi)試驗(yàn)時(shí)，試樣應(yīng)按特定的要求制做。
a．試樣尺寸 彈簧尺寸總有不同程度的差別，因而即使是相同的變形量，它們之間的應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度也不完全相同。為了正確反應(yīng)試樣的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)在盡量減小尺寸誤差的基礎(chǔ)上，提高尺寸的測(cè)量精度。
1)試樣尺寸的測(cè)定應(yīng)具有0．5％以上的精度。材料尺寸在2mm以下時(shí)，應(yīng)具有0．01mm的精度。試樣尺寸的0．5％如果比0．01mm小時(shí)，用0．01mm的精度。
2)測(cè)定圓形截面尺寸時(shí)(如外徑D2、彈簧絲直徑d)，應(yīng)測(cè)定同一截面內(nèi)互相垂直的兩個(gè)直徑，取其平均值做為直徑的尺寸。
3)根據(jù)彈簧切應(yīng)力計(jì)算公式：
可以看出，為了反應(yīng)最大的切應(yīng)力，應(yīng)測(cè)出彈簧D／d 的最大值。
b．試樣的形狀
1)為了保證彈簧受力后不產(chǎn)生偏心載荷，應(yīng)嚴(yán)格檢查彈簧兩端圈的平行度和整個(gè)彈簧的垂直度。
2)為了保證彈簧在加載后各圈變形均勻，彈簧節(jié)距應(yīng)均勻，彈簧圈不應(yīng)出現(xiàn)過(guò)大的橢圓度。
3)為了便于比較試驗(yàn)結(jié)果，同一批彈簧的端圈數(shù)和結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能一致。
c．加工和熱處理 不同的加工和熱處理狀態(tài)對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響不同，所以同一批試樣，應(yīng)同時(shí)加工，同時(shí)熱處理。
1)同一批試驗(yàn)試樣，盡可能用自動(dòng)卷簧機(jī)一次加工出來(lái)，盡量減少手工工序。
2)采用立定或強(qiáng)壓處理來(lái)調(diào)整彈簧自由高度時(shí)，有時(shí)會(huì)因加載過(guò)大而造成疲勞強(qiáng)度下降，所以彈簧試樣不應(yīng)以立定或強(qiáng)壓處理來(lái)調(diào)整自由高度。
3)同一批彈簧試件，應(yīng)是用同一盤(pán)鋼絲制成的，表面狀態(tài)應(yīng)一致。不應(yīng)有銹蝕、刻痕、劃傷之類(lèi)引起應(yīng)力集中的缺陷。
4)熱處理工藝對(duì)疲勞強(qiáng)度也有很大影響，完全淬火后與非完全淬火后，低溫回火的硬度即使完全相同，疲勞強(qiáng)度也有顯著差別。晶粒過(guò)大、表面脫碳都會(huì)使疲勞強(qiáng)度下降，因此，同一批試件應(yīng)在同一爐中進(jìn)行熱處理。
2．試樣的安裝
1)為了避免彈簧受力偏心，安裝時(shí)應(yīng)放在彈簧支座上，以保證彈簧兩端平整接觸。
2)要將試樣調(diào)整到有同樣的安裝變形和同樣的最大變形。
3．加載
1)在確定S—N曲線時(shí)，加載應(yīng)力可從最大疲勞極限(可參考已有的彈簧疲勞數(shù)據(jù))開(kāi)始遞減，間隔可按1．02～1．5的比值。
2)在試驗(yàn)過(guò)程中，為了盡可能保證載荷穩(wěn)定，應(yīng)該進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整，但時(shí)間要短。不能有任何過(guò)載現(xiàn)象。
3)應(yīng)力如以MPa作單位，有效數(shù)字取到小數(shù)后1位。
4．疲勞壽命
1)在確定彈簧的疲勞壽命時(shí)，試驗(yàn)過(guò)程中，可取循環(huán)作用次數(shù)N為1×l05、2×l05、5×l05、1×l06、2×l06、5×l06、1×l07、2×l07，作為參考疲勞壽命。
2)除非是特定的條件，一般當(dāng)作用次數(shù)達(dá)到1 ×l0 次時(shí)不破壞，就停止試驗(yàn)。
3)一般把試驗(yàn)彈簧破壞時(shí)的作用次數(shù)，取做疲勞壽命。但在有些場(chǎng)合，把試樣發(fā)生裂紋時(shí)的作用次數(shù)取為疲勞壽命。
4)作用次數(shù)的記載一般以l0n為單位表示，有效數(shù)字取3位或更多一些，例如2．75×l06。
5．試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)
1)試驗(yàn)機(jī)的起動(dòng)要平穩(wěn)，不能有沖擊。
2)除共振型疲勞試驗(yàn)機(jī)外，在達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)速度或停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，有時(shí)要通過(guò)共振點(diǎn)，為了防止共振所產(chǎn)生的過(guò)大應(yīng)力，要裝設(shè)防止共振的裝置。
3)同一批試樣，應(yīng)在同一運(yùn)轉(zhuǎn)速度下進(jìn)行試驗(yàn)。
4)試驗(yàn)開(kāi)始到終了應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，中途由于故障或其他原因必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)在記錄中詳細(xì)記載。
6．試驗(yàn)報(bào)告和記錄
1)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，應(yīng)附下列詳細(xì)記錄：材料制造廠、材料種類(lèi)、化學(xué)成分、力學(xué)性能(抗拉強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、彈性極限、伸長(zhǎng)率，扭轉(zhuǎn)次數(shù)、硬度、沖擊韌度等)；彈簧的形狀尺寸、力旺滌件、熱處理?xiàng)l件、彈簧試樣工作圖；試驗(yàn)機(jī)的名稱(chēng)、形式、容量、運(yùn)轉(zhuǎn)速度；試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)日期、試驗(yàn)場(chǎng)所、試驗(yàn)者(見(jiàn)表1)；S—N曲線圖、疲勞極限圖；其他。
2)疲勞試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表，見(jiàn)表2。
表1 疲勞試驗(yàn)試樣和檢測(cè)設(shè)備記錄表
任務(wù)單編號(hào)：
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試樣名稱(chēng) |
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生產(chǎn)單位 |
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規(guī)格型號(hào) |
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試樣編號(hào) |
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圖 號(hào) |
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依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) |
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檢測(cè)地點(diǎn) |
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溫 度 |
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濕 度 |
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檢測(cè)前后儀器、設(shè)備情況 |
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檢測(cè)前后試樣情況、狀態(tài) |
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主要檢測(cè)儀器、設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)、規(guī)格 |
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主要檢測(cè)儀器、設(shè)備計(jì)量檢定證書(shū)有效期限 |
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試驗(yàn)要求 |
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彈
簧
技 |
試樣圖 |
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術(shù)
參 |
材料 |
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Ho |
mm |
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數(shù) |
旋向 |
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d |
mm |
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t |
mm |
n |
圈 |
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H1 |
mm
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τmin |
MPa |
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試
驗(yàn) |
H2 |
mm
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τmax |
MPa |
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條
件 |
Hm |
mm
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τm |
MPa |
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Ha |
mm
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τa |
MPa |
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r |
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υr |
Hz |
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檢測(cè)人： 復(fù)核人： 檢測(cè)日期： 年 月 日
表2 疲勞試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表
任務(wù)單編號(hào)： |
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試樣 |
試驗(yàn)前 |
檢測(cè)過(guò)程中載荷及自由高度檢測(cè) |
試樣斷裂或 |
試驗(yàn)結(jié)束時(shí)松弛率 |
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1×104 |
1×105 |
1×106 |
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終止試驗(yàn)時(shí) |
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編號(hào)
NO |
F
/N |
Ho
/mm |
F
/N |
H
/mm |
F
/N |
H
/mm |
F
/N |
H
/mm |
F
/N |
H
/mm |
的作用次數(shù)
N/(106) |
H
/mm |
ε (％) |
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檢測(cè)人： 復(fù)核人： 檢測(cè)日期： 年 月 日 | 
壓縮螺旋彈簧
