弹簧材料的极限应力

　　图1.1弹簧材料的典型疲劳强度（S-N)曲线弹簧材料的典型疲劳曲线（图1）表明应力S(stress,tn) 与寿命N(number)的相关性，应力、高，则寿命N短。当应力低到一定程度时，可以使寿命得到极大的延长，曲线近似于水平，以至于很难测到其真实寿命。这个低应力对应的寿命N。，称为寿命基数。不同的材料对应有不同的寿命基数No,随着材料强度的走高，No值在增加。弹簧材料的NO值在10^7~10^8之间。因此，在考核疲劳寿命时，往往以寿命10^7次为准，当超过此值时就很难测到其寿命。

　　1、考虑应力幅时弹簧材料的疲劳曲线

　　弹簧工作时的应力幅，即最大应力与最小应力.之差，表征应力变化的幅度.=t。…-t，或以应力特征y=t/ra.表示。不同的应力幅，弹簧的强度不同。在同等最大应力的情况下，应力幅愈大，即最小应力了愈小，弹簧的强度愈低，相反应力幅.愈小即最小应力m愈大，弹簧的强度愈高。当最小应力大到接近最大应力时，即应力变化幅度很小，处于微振状态，即接近.~1（y~1)，一般弹簧的强度可以以静强度考核。其极限强度值为扭切强度极限，或扭切屈服极限r。

　　当最小应力r小到接近于0时，应力变化幅度很大，处于极振状态，即r=0（y=0)，一般弹簧的强度为最低，其扭切强度极限表示为，称为脉动疲劳极限。如图2示，以横轴为了，以竖轴为t，对不同应力幅，即不同最小应力，测得的弹簧材料的疲劳极限点dim。如将这些极限点连接，则形成了一微上拱的BC曲线，此曲线的曲度较小，可以简化为直线。BC线的竖值，即为不同的应力幅下的弹簧的疲劳极限强度。

　　再进一步，从疲劳曲线图的0点作450延长线，此线竖值即为应力幅的最小值t…。在此线与BC（m）线的交点，即应力幅等于0，为静应力，也即切应力极限值不e切应力极限值一般取=（2/3）、。为了保持弹簧的弹性，按扭切屈服极限x=0.45，作水平线，分别与极限    应力线和最小应力交于D和G，DG线即为弹簧不发生永久变形的极限应力。

　　如图3示OBDG区表示为不同应力幅下的弹簧材料强度极限应力区，当弹簧的最大工作应力处于OBDG区内时，即表示具有一定的安全性。在疲劳规范中，以循环最小应力值为横坐标，最大应力值为纵坐标表示的疲劳极限，一般称为Goodman疲劳极限应力图。

　　2、弹簧材料疲劳极限应力图的形成如考虑到疲劳寿命，可从疲劳曲线上任意点作水平线与竖轴相交E点，此点即为对应于寿命N的疲劳极限应力w。如图4示，当寿命N=10时，对应的疲劳极限应力t动。然后作t与C点的连线，与扭切屈服极限DG线相交于D，OEDG区即为寿命N=10时，不同应力幅的疲劳极限应力区。对要求弹簧的疲劳寿命N=10时，当其最大工作应力处于此区域内时，即表示具有一定的安全性。同样，可以得弹簧的疲劳寿命N=10°时的疲劳极限应力区OFHG。如此便可以绘制出具有不同疲劳寿命下弹簧疲劳极限应力。

　　图5示为压缩弹簧疲劳极限图。适用于未经喷丸处理的具有较好的耐疲劳性能的钢丝，如重要用途碳素弹簧钢丝、高疲劳级油淬火一回火弹簧钢丝。此图比较概略。不同的类型的钢丝，不同的直径具有不同的疲劳极限应力图，参见《弹簧手册》，或DIN2089T1《圆线材和圆棒材制圆柱形螺旋弹簧：计算与结构》。

　　图中r=0.45的横线是以不产生永久变形的设定值，随着弹簧永久变形允许程度，可以适当提高。最高可接近扭切强度。

　　从图中可以看出=0.45也是疲劳寿命10作用次数时的极限强度。这表明当作用次数小于10时，可以按静强度考虑。同样，应力幅.小到一定程度时，也可以按静强度考虑。