彈簧或彈性元件是相當重要的基礎件。由于他有許多可貴的特殊性能，在汽車(chē)，拖拉機，儀表儀器以及輕紡織業(yè)中都有廣泛的應用。

有些重要彈簧在工作中一旦發(fā)生疲勞斷裂事故，將有可能造成重大經(jīng)濟損失，更有甚者還可能會(huì )威脅到工人的人身。

因此，為了防患于未然，我們須要對于影響彈簧疲勞強度的因素了然于心。

影響彈簧疲勞強度的幾個(gè)因素

屈服強度

材料的屈服強度和疲勞極限之間有相應的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，材料的屈服強度越高，疲勞強度也越高，因此，為了提高彈簧的疲勞強度應設法提高彈簧材料的屈服強度，或采用屈服強度和抗拉強度比值高的材料。對同一材料來(lái)說(shuō)，細晶粒組織比粗細晶粒組織具有更高的屈服強度。

表面狀態(tài)

應力上限值多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以彈簧的表面質(zhì)量對疲勞強度的影響很大。彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過(guò)程中造成的裂紋、疵點(diǎn)和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的原因。

材料表面粗糙度愈小，應力集中愈小，疲勞強度也愈高。材料表面粗糙度對疲勞極限的影響。隨著(zhù)表面粗糙度的增加，疲勞極限下降。在同一粗糙度的情況下，不同的鋼種及不同的卷制方法其疲勞極限降低程度也不同，如冷卷彈簧降低程度就比熱卷彈簧小。因為鋼制熱卷彈簧及其熱處理加熱時(shí)，由于氧化使彈簧材料表面變粗糙和產(chǎn)生脫碳現象，這樣就降低了彈簧的疲勞強度。

對材料表面進(jìn)行磨削、強壓、拋丸和滾壓等。都可以提高彈簧的疲勞強度。

尺寸效應

材料的尺寸愈大，由于各種冷處理和熱處理工藝所造成的缺陷可能性愈高，產(chǎn)生表面缺陷的可能性也越大，這些原因都會(huì )導致疲勞性能下降。因此在計算彈簧的疲勞強度時(shí)要考慮尺寸效應的影響。

冶金缺陷

冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夾雜物是應力集中源，會(huì )導致夾雜物與基體界面之間過(guò)早地產(chǎn)生疲勞裂紋。采用真空冶煉、真空澆注等措施，可以大大提高鋼材的質(zhì)量。

腐蝕介質(zhì)

彈簧在腐蝕介質(zhì)中工作時(shí)，由于表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕或表面晶界被腐蝕而成為疲勞源，在變應力作用下就會(huì )逐步擴展而導致斷裂。例如在淡水中工作的彈簧鋼，疲勞極限為空氣中的10%~25%。腐蝕對彈簧疲勞強度的影響，不光與彈簧受變載荷的作用次數有關(guān)，而且與工作壽命有關(guān)。所以設計計算受腐蝕影響的彈簧時(shí)，應將工作壽命考慮進(jìn)去。

在腐蝕條件下工作的彈簧，為了保障其疲勞強度，可采用抗腐蝕性能高的材料，如不銹鋼、非鐵金屬，或者表面加保護層，如鍍層、氧化、噴塑、涂漆等。實(shí)踐表明鍍鎘可以大大提高彈簧的疲勞極限。

溫度

碳鋼的疲勞強度，從室溫到120℃時(shí)下降，從120℃到350℃又上升，溫度高于350℃以后又下降，在高溫時(shí)沒(méi)有疲勞極限。在高溫條件下工作的彈簧，要考慮采用耐熱鋼。在低于室溫的條件下，鋼的疲勞極限有所增加。

除了影響彈簧疲勞強度的因素外，我們還應該了解下彈簧剛度的影響因素。

我們拿復合材料的螺旋彈簧為例：

(1) 纖維彈性模量、纖維體積分數、簧絲外直徑、有效圈數以及彈簧圈平均直徑對新型復合材料彈簧的剛度有顯著(zhù)影響。剛度系數隨著(zhù)纖維楊氏模量、纖維體積分數、簧絲外直徑的增加而明顯地增加，隨著(zhù)它們的下降而急劇下降；而有效圈數、彈簧圈平均直徑對剛度系數的影響正好與之相反。在實(shí)際許可條件下，除了碳纖維彈性模量一般不變之外，改變其中任意一個(gè)量，都可以顯著(zhù)改變剛度，使產(chǎn)品能夠輕易接近設計標準。

(2) 基體彈性模量、復合材料泊松比對剛度影響很小，設計時(shí)可以忽略，以減少設計變量數目。

(3) 簧絲內直徑在相應范圍內變化時(shí)，幾乎不影響彈簧剛度，卻能顯著(zhù)降低彈簧重量，但超出這個(gè)范圍之后，隨著(zhù)內直徑的增加，彈簧剛度急劇下降。簧絲內直徑是關(guān)鍵參數，設計中需要找到一個(gè)平衡點(diǎn)，內直徑盡量大，但剛度下降卻要保持在一個(gè)很小的許可范圍之內。

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