对机械设计手册中某些弹簧内容的疑义

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1、对机械设计手册中某些弹簧内容的疑义　　(乌兰察布市科技信息研究所，内蒙古乌兰察布012000) 　　摘要：针对目前国内机械设计手册中，有关弹簧设计与制造的一些指导性论述与实际应用的差异，结合实践进行了分析。 关键词：强压处理；电抛光处理；疑义 　　中图分类号：TH135文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)03—0296—01 1关于弹簧的强压(拉、扭)处理 　　《GB1805弹簧术语》对弹簧强压(拉、扭)处理作了如下定义：“将弹簧压缩(拉伸、扭转)至弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向残余应力，以达到提高弹簧承载能力和稳定几

2、何尺寸的一种工艺方法”。 　　化学工业出版社出版的《机械设计手册》［1］第15章“弹簧的强化处理及热处理—强压(强拉、强扭)处理”一节中，以理论力学做了分析后得出结论认为：“以上结论表明：设计弹簧时，如以弹簧材料扭转屈服极限τ2为设计计算应力。压缩弹簧经强压处理后，材料截面表层可能存在近于τ2/3的负残余应力，故弹簧承载时，截面表层的实际应力比计算应力低约1/3。…故亦相当于承载能力提高了1/3。”该手册还认为：不同类型的弹簧其强压处理的方法…扭杆弹簧是将扭杆在工作载荷的方向，加以超过扭杆切变弹性极限的扭矩；压缩弹簧和拉伸弹簧分别加以超过弹簧材

3、料切变弹性极限的压缩和拉伸载荷；扭转弹簧加以超过弹簧材料极限的扭矩，都可以提高弹簧的承载能力。 　　机械工业出版社出版的《机械设计手册》［2］(1993年版)第30篇提出：“经过强压(拉)处理的弹簧，可以提高弹簧的许用应力τP，最高可以达25%……”根据《机械设计手册》［2］提供的资料，可以统计并得到弹簧强压(拉、扭)处理前和强压处理后可以达到的许用应力［τ］值。列表如下： 　　弹簧种类许用应力强压处理后可以达到的许用应力 　　压缩弹簧Ⅰ类［τ］=(0.35～0.4)σb Ⅱ类［τ］=(0.4～0.47)σb 　　Ⅲ类[WB]［τ］

4、=(0.5～0.55)σb ［τ］=(0.44～0.532)σb ［τ］=(0.50～0.625)σb ［τ］=(0.62～0.731)σb 　　拉伸弹簧Ⅰ类［τ］=(0.28～0.32)σb Ⅱ类［τ］(0.32～0.38)σb Ⅲ类［τ］=(0.40～0.44)σb ［τ］=(0.35～0.425)σb ［τ］=(0.40～0.505)σb ［τ］=(0.50～0.585)σb 　　扭转弹簧强扭处理前的工作极限弯曲应力σf Ⅱ类［τ］=0.625σb Ⅲ类［τ］=0.80σb 强压处理后可以达到的极限弯曲应力σf ［τ

5、］=(0.78～0.83)σb ［τ］=(1.00～1.06)σb 　　注：①Ⅰ类载荷(106以上)；Ⅱ类载荷(103～105)；Ⅲ类载荷(103以下)；②强压(拉、扭)处理后可以达到的许用应力是按强压(拉、扭)处理前的许用应力的1.25～1.33倍计算得到的。 　　通过强压处理能够使弹簧一下子就提高承载能力25%～33%，这对于刚刚接触机械零件设计的技术人员来说，确实是一个有非常吸引人的数据。但是，经过笔者的实践和分析，认为：通过强压(拉、扭)处理来提高弹簧的承载能力是有条件的。因为在强压处理过程中，只有将弹簧材料表层产生有益的与工作应力反

6、向残余应力，才能获得强压的效果，并且只有在强压(拉、扭)时，使得弹簧材料产生的残余应力即塑性变形越大，弹簧材料的弹性极限提高 　　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

7、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

8、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