弹簧振动失效断口分析.pdf

机械设计与制造
第3期
260
Machinery Design Manufacture
2013年3月
弹簧振动失效断口分析
于汇泳,周慧琳,胡俊华2
(1.河南机电高等专科学校材料工程系,河南新乡453002;2.郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州45000
摘要:针对某一具体策例对弹簧进行了訸动失效断口分析。试验结果表明,弹簧在振动和阀板往复摆动的交变应力作
用下,在弾簧双联腿部位产生了疲劳失效;弹簧折弯处由于半径过小,在折弯内表面处产生了初始裂纹,该区是弹簧结构
的薄弱区域,疲劳失效往往易起源于该区城;疲劳最终断裂区显示,最后断裂为所受扭转力矩造成;可通过增大双联腿折
弯半径,克服折弯缺陷,并在弹簧服役过程中控制轴向串动,防止双联腿部位出现扭转力矩,从而避免该处产生失效。
关键词:振动失效;疲劳失效;弹簧折弯处
中图分类号:T16文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)03-0260-02
The Fracture Analysis of Spring Vibration Failure
YU Hui-yong, ZHOU Hui-lin, HU Jun-hua
(I. Department of Materials Engineering, Henan Mechanical and Electrical Engineering College, He'nan Xinxiang 453002
China; 2. College of Materials Seience and Engineering, Zhengzhou University, Henan Zhengzhou 450000, China
Abstract: Vibration failure fracture analysis was carried out for a specific case of the spring, and the test results shoued that
the spring doubde-leg-bit produced fatigue failure under aerating stress of bration and the back and forth suing of rale
plate; the bending inner surface generated the initial crack because spring bend radius was too small, and this area was a
weak area of the spring structure, and fatigue f are as frequently easily originated in this egion discontinue district
fracture showed that the final fracture was caused by the rewerse torque. Measures such as increasing the double-leg bend
radius, overcoming the bending defects and controlling the aial string action in the spring during serice can be employed to
prevent the legs of double-bit torgues, and thus avoiding the premises to produce failure.
Key Words: Vibration Failure; Fatigue Failure; The Spring Bending
1引言
表1弹簧化学成分
Tab. 1 The Spring Chemical Composition
弹簧广泛应用于仪器仪表,石油化工,机电设备,交通能源
C
Si M
等。工作过程中,弹簧起到缓冲平衡,自动控制,储存能量,安全0.05-0.152002,00.04500151600-190080600-950N:0.1
保险等作用.但是,弹簧的疲劳破坏等大效形式,在各种机械及3试验结果及分析
仪表的使用过程中经常发生,有时会造成严重事故,甚至危及到3.1宏观断口
人们!的生命安全。因此,分析弹簧的失效并从中找出解决措施十
条件输入:断口位于扭转弹簧大直径与小直径连接的弯折
分重要。针对某一具体案例对弹簧进行了振动失效断口分析,如处,且振动过程中阀板摆动,弹簧往复扭转。
图劉1所示
试验现象:宏观断面上部垂直于弹簧轴向,上部断面有撕裂
试验材料及试验方法
棱,下部断面总体与轴向呈约45角,且有宏观台阶、右下部有二
次裂纹、贝壳纹,如图2所示。
弹簧材料:14310(X10CrNi18-8X12CrNi7-7),交货状态:冷
结果分析:振动、带载过程中弹簧受循环载荷的作用,断口
拉,弹招(1570Nmm;尺す:直径(17102m;折弯半径09mm弹附近无宏观塑形变形区域,贝売纹表明断口为疲劳断裂。
發化学成分,如表1所示。
3.2裂纹源区
试验条件:正弦振动(峰值加速度40g)+温度冲击(-40-
条件输入:弹簧直径约为1.7m,弹簧弯折半径为0.9m,
140)℃,外接负载驱动阀板角度变化:c=(2-90)%,1H扫频速供应商推荐的折弯半径为弹簧直径的2倍
率:1 cumin;扫频形式:对数扫频;振动时间:3x72h。发现失效时
试验现象:上部部分材料与本体脱离,且表面磨损。弹簧本
诃:第二方向47h
体存在疲劳辉纹和撕裂棱,疲劳纹起源于表层脱离材料的底部
来稿日期:2012-05-2
基金项目:河南省教育厅重点项目(12A430015)
作者简介:于汇泳,(1980-),男,河南许昌,硕士,讲师,主要研究方向:材料加工