有關應力上的需知
工作應力 波形彈簧被壓縮時,會產生類似ㄇ字型懸梁(simple beam)一樣的彎曲應力,在彈簧屈服或失去功能前,這些壓縮應力與拉伸應力會反制彈簧的壓縮。儘管彈簧失去功能是不被接受的,但在負重及壓縮過程中,隨著時間的流逝會迫使彈簧逐漸鬆弛或喪失功能。
最大設計應力 『靜態應用』由於Smalley的產品是使用硬扁線的最小拉伸度,所以利用本型錄中材料部分的最 小抗拉強度來計算近似的屈服強度。設計靜態使用的彈簧時,建議計算的工作應力不要超過最小抗拉強度。但是某些屈服強度允許的應用場合,工作應力會超過最小抗拉強度。設計的考量因素包含固定損耗、鬆弛度、負荷以及自由高的減少。 『動態應用』當波簧被設計為動態應用時,建議工作應力的計算不要超過最小抗張強度的80%。請參閱疲勞應力公式與下列表來設計彈簧。
殘留應力/預壓 (Residual Stress/Pre-setting) 藉由大於彈簧本身屈服點的力量或預壓,可以達到提升彈簧的負荷能力和疲勞壽命。彈簧預壓是指製造出比實際需求高的自由高和和負荷,再壓縮到密實的過程;自由高和負荷都降低時,材料的表面會出現殘留應力,因而提升了彈簧的使用性能。
疲勞度 (Fatigue) 疲勞週期是設計波簧的重要考量因素以及決定波簧位移(deflect)的準確度、和關乎彈簧的價格高低。分析時應考量彈簧是一次完全位移、每個週期僅千分之幾的位移、還是因為零件損耗和溫度變化而產生的位移。 表2的疲勞參考資料,是用傳統的方法來計算兩個工作高度間的疲勞週期。雖然這些疲勞分析能夠計算很接近的數值,但因彈簧的疲勞壽命至關重要,仍建議以實測為準。
負荷/位移 (Load / Deflection) 比較彈性係數實際值與理論值可得知彈簧作用的限制範圍。請參照彈簧設計章節所附的位移公式來計算彈簧係數(P/f)。下圖為彈簧係數實際值與理論值曲線圖;其顯示出,直到彈簧被壓至最低點或密實高度之前,理論值與實測值是相當一致的。
遲滯現象 (Hysteresis) 波形彈簧有負載時所發揮的力量會比沒有負載時的力量大,這種現象稱為遲滯現象。如下圖兩條曲線之間的陰影說明了何謂遲滯現象。單層波圈在圓周方向或徑向作動時會產生摩擦力。對頂波簧及多層波簧其相鄰層的部位也會產生摩擦耗損,充分地潤滑可將損耗降到最低。
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