ハードウェアの知識: ばね疲労強度に影響を与える 6 つの要素

ばね疲労強度に影響を与えるいくつかの要因

1. 材料の降伏強度と疲労限界の間には一定の関係があります。 一般に、材料の降伏強度が高いほど、疲労強度も高くなります。 したがって、ばねの疲労強度を高めるためには、ばね材料の降伏強度を高める必要があります。 または、引張強さに対する降伏強さの比率が高い材料を使用します。 同じ材料の場合、細粒構造は粗粒および細粒構造よりも降伏強度が高くなります。

2. 表面状態の最大応力はばね材の表面に多く発生するため、ばねの表面品質は疲労強度に大きな影響を与えます。 ばね材料の圧延、伸線、コイリング時に発生する亀裂、傷、傷などの欠陥は、ばねの疲労や破断の原因となることがよくあります。

材料の表面粗さが小さいほど応力集中が小さくなり、疲労強度が高くなります。 材料の表面粗さが疲労限界に及ぼす影響。 表面粗さが増加すると、疲労限界は減少します。 同じ粗さの場合でも、鋼種や巻き取り方法が異なると、疲労限界の減少度合いも異なります。 例えば、冷コイルばねの減少度は熱コイルばねに比べて小さい。 鋼製熱コイルばねは熱処理を行うため、酸化によりばね材の表面が粗くなり、脱炭が起こり、ばねの疲労強度が低下します。

材料表面の研削、プレス、ショットブラスト、転造などを行います。 どちらもバネの疲労強度を向上させることができます。

3. サイズ効果材料のサイズが大きくなると、さまざまな冷間および熱間加工プロセスによって欠陥が発生する可能性が高くなり、表面欠陥が発生する可能性が高くなります。 これらの理由はすべて疲労パフォーマンスの低下につながります。 したがって、ばねの疲労強度を計算する際には、サイズ効果の影響を考慮する必要があります。

4. 冶金的欠陥 冶金的欠陥とは、非金属介在物、気泡、元素などの偏析を指します。 素材の中で。 表面に存在する介在物は応力集中の原因となり、介在物と基板界面の間に早期疲労亀裂を引き起こします。 真空精錬、真空鋳造などの手段を使用すると、鋼の品質を大幅に向上させることができます。

5. 腐食性媒体ばねを腐食性媒体中で使用すると、表面の孔食や表面粒界の腐食により疲労源となります。 さまざまな応力が作用すると、徐々に膨張して破壊を引き起こします。 たとえば、淡水中で使用されるばね鋼の疲労限界は、空気中での疲労限界の 10 ～ 25% にすぎません。 ばねの疲労強度に対する腐食の影響は、ばねが変動荷重を受ける回数だけでなく、動作寿命にも関係します。 したがって、腐食の影響を受けるばねを設計および計算するときは、耐用寿命を考慮する必要があります。

腐食環境下で使用されるばねでは、疲労強度を確保するため、ステンレス鋼や非鉄金属などの耐食性の高い材料を使用したり、表面にメッキ、酸化、溶射などの保護層を設けたりすることができます。絵を描くことなど . 実際に行ってみると、カドミウムメッキはスプリングの疲労限界を大幅に高めることができます。

6. 常温炭素鋼の疲労強度は、室温から120℃まで低下し、120℃から350℃まで上昇し、350℃を超えると再び低下します。 高温では疲労限界はありません。 高温条件下で作動するばねの場合は、耐熱鋼を検討する必要があります。 室温以下では鋼の疲労限界が増加します