彈簧在旋轉接頭中的作用是保證密封摩擦副的緊密貼合及動、靜環磨損時給以補償。特別是在起動的場合,彈簧力是保證初始密封的重要因素。在密封摩擦副的整個工作周期直至完全磨損,彈簧張力不應改變很大,這就要彈簧具有一定的剛性。
旋轉接頭中所用彈簧主要在動載荷作用下工作,因此要彈簧材料具有很高的抗拉強度極限,屈服極限,彈性極限和疲勞極限,同時要求具有高的沖擊韌性和塑性,在高溫、低溫、腐蝕介質中等特殊條件下使用的彈簧,除上述要求外,還要求具有耐熱、防蝕、導電、防磁、耐低溫以及恒彈性等性能。因此設計彈簧時,選擇合適的材料是一項技術性很強的工作。
彈簧的工作性能就是要求在不發生塑性變形的情況下,能夠產生較大的彈性變形積蓄較大的變形能。彈簧材料單位體積所能積蓄最大變形能稱為最大彈性變形能。最大彈性比變形能與材料彈性極限平方成正比,而與彈性模量成反比。因而提高材料的彈性極限和降低彈性模量,可以提高彈簧的積蓋變形能。
材料的化學成分和組織,對彈性極限有很大影響,因此,優選合金成分,熱處理和冷熱加工方法,可以提高彈性極限,例如,彈簧鋼的含碳量比一般結構鋼高,目的是使材料內的碳化物增多,以利于提高彈性極限,彈簧中的硅錳元素含量比較高,它們可起強化固溶體的作用,從而提高鋼的彈性極限。彈簧一般采用淬火后中溫回火處理的原因,也是因為回火屈氏體具有較高的彈性極限和拉伸強度緣故。由于冷塑變形可以大大提高彈性極限和拉伸強度,故較小的彈簧大量采用冷拔或冷軋強化的鋼絲。
彈性模量的大小,取決于金屬原子本性和晶格類型,與原子間距離有密切關系,鋼在退火后彈性模量最大,淬火后降低10%左右,這是因為淬火后轉變為馬氏體,晶體常數發生變化的緣故,而回火后彈性模量又隨著回火溫度的升高而升高,知道和退火后的彈性模量一樣為止。溫度升高,晶格常數增大,故金屬彈性模量隨著溫度上升而減小,因而彈簧剛度下降,永久變形量增加。
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