Page 66 - 理化检验-物理分册2019年第五期

李子阳, 等: 某空调压缩机弹簧断裂失效分析

表 ２ 弹簧的硬度测试结果
Tab敭２ Hardnesstestresultsofthes p rin g HV１
测试位置 维氏硬度 平均值
径向 ５７８．９ , ６０６．７ , ５９５．８ , ６０４．５ , ５９７．９ ５９６．８
轴向 ６００．１ , ５９１．５ , ５９７．９ , ５９５．８ , ６００．０ ５９７．１

可见弹簧径向硬度平均值为 ５９６．８ HV１ , 轴向硬度
平均值为 ５９７．１ HV１ .由测试结果可知, 弹簧不同
区域硬度未见明显的波动异常.

２ 弹簧疲劳寿命分析

２．１ 疲劳强度校核
弹簧设 计 为 无 限 疲 劳 寿 命, 弹 簧 部 分 参 数 如
表 ３ 所示, 对该弹簧疲劳强度进行校核.
表 ３ 弹簧的部分参数
Tab敭３ Partial p arametersofthes p rin g

线径 中径 曲度系数 最小力 最大力
图 ４ 弹簧显微组织形貌
d / mm D / mm K Fmin / N Fmax / N
Fi g 敭４ Microstructuremor p holo gy ofthes p rin g
０．５５ ５．２５ １．１５２ ２．５ ９．０
a beforeetchin g b afteretchin g
体和铁素体片层, 为典型的琴钢丝组织形貌.
根据 GB / T２３９３５－２００９ « 圆柱螺旋弹簧设计
１．３ 化学成分分析 计算», 冷 卷 压 缩 弹 簧 无 限 寿 命 时 许 用 切 应 力 为
对该弹簧材料进行化学成分分析, 结果见表 １ ,
０．３３σ b 其中弹簧抗拉强度σ b 为２５００MPa , 因而计
,
可见弹簧材料成分满足 JISG３５０２－２０１３ « 钢琴用
算可得许用切应力为８２５MPa .最大工作载荷所产
线材» 对 SWRS８２A 材料化学成分的要求. 生的最大切应力τ max 为
表 １ 弹簧的化学成分( 质量分数)
８DFmax
Tab敭１ Chemicalcom p ositionsofthes p rin g massfraction ％ τ max ＝K ( １ )
πd ３
项目 Si Mn Cu P
实测值 ０．２１ ０．５２ ０．０１３ ０．０１１ 最小工作载荷所产生的最小切应力τ min 为
标准值 ０．１２~０．３２ ０．３０~０．６０ ＜０．２００ ＜０．０２５ ８DFmin
τ min ＝K ( ２ )
πd ３
１．４ 硬度测试 安全系数 S 为
维氏硬度测试根据 GB / T４３４０．１－２００９ « 金属
τ ０ ＋０．７５τ min
材料 维氏硬度试验 第１ 部分: 试验方法» 进行, 取弹 S ＝ ≥S F ( ３ )
τ max
簧截面进行硬度测试.试验力标称值为 ９．８０７N , 在 式中: τ ０ 为弹簧脉动疲劳极限应力, 对于无限寿命弹
室温 ２５ ℃ 下进行试验. 簧取 ０．３σ b S F 为 许 用 安 全 系 数, 参 考 机 械 设 计 手
;
弹 簧硬度测试点如图 ５ 所示, 测试结果见表 ２ , 册 [ １０ ] , 当弹簧设计和材料精度要求高时, 取１．３~１．７ .
根据式( １ ) 计算弹簧实际工作中最大切应力为
８３３MPa , 已经略高于许用切应力, 因而弹簧在最大
切应力处存在应力过大而断裂的风险.
由式( ３ ) 计算可得安全系数 S＝１．１＜１．３ , 略低
于最低安全系数要求, 因而可知该款弹簧可能无法
达到无限疲劳寿命.
通过对弹 簧 疲 劳 寿 命 进 行 计 算 分 析 可 知, 造
图 ５ 硬度测试点位置图 成弹簧断裂的原因是弹簧实际工作时最大切应力
Fi g 敭５ Drawin g ofhardnesstest p ointlocation 高于材料 的 许 用 切 应 力, 导 致 弹 簧 在 无 限 循 环 载
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