[发明专利]扭转弹簧应力松弛寿命的预测方法

摘要

本发明公开一种扭转弹簧应力松弛寿命的预测方法，属于预测扭转弹簧寿命的技术。其过程包括：绘制不同温度下扭转弹簧的扭矩‑时间曲线；绘制不同温度下扭转弹簧内应力‑时间曲线；推算松弛率与时间的半对数关系；计算松弛因子A_室温，B_室温；计算扭转弹簧的应力松弛寿命。本发明的优点，采用不同温度加速扭转弹簧的方式获得试验温度下的扭矩‑时间曲线，内应力‑时间曲线以及松弛率与时间对数曲线，再推导出扭转弹簧实际使用温度下的应力松弛方程，预测扭转弹簧应力松弛寿命。此方法预测准确率高，有效的减少了试验成本和周期，提高效率。

主权项

一种扭转弹簧应力松弛寿命的预测方法，该方法采用的试验装置为电子高温式扭转试验机，对扭转弹簧分别进行不同温度点下的试验，实时记录在各个温度点下，包括扭转弹簧的扭矩、扭角、试验时间参数，绘制扭矩‑时间曲线，进而绘制扭转弹簧的内应力‑时间曲线，进一步推导出扭转弹簧的应力松弛曲线，从而确定扭转弹簧的应力松弛寿命，其特征包括以下过程：1）绘制不同温度下扭转弹簧的扭矩‑时间曲线在温度 100‑220℃内选取等温差 4‑6 个温度点，对应每一个温度点及以 0.05‑1°/s 的速度将弹簧扭转到给定扭角60‑70°的条件下，测试扭转弹簧的扭矩，并保持测试时间达12h以上，扭转试验结束后以扭矩为纵坐标，时间为横坐标绘制不同温度下扭矩‑时间的关系曲线 ；2）绘制不同温度下扭转弹簧内应力‑时间曲线在静载荷一定的条件下，扭转弹簧的内应力与扭矩的对应关系式如式（1）：式中： E：扭矩，N.mm，σ为内应力，N/mm²，其中C表示环绕比：，d 表示簧丝直径，mm ，D：扭转弹簧的内径，mm ；故根据步骤1）绘制不同温度下扭转弹簧的扭矩‑时间曲线及式（1），则可绘制不同温度下扭转弹簧内应力‑时间曲线；3）推算松弛率与时间的半对数关系：步骤2）给出的扭转弹簧最大应力可预测扭转弹簧应力松弛；应力松弛满足阿伦尼乌斯公式，通常认为松弛率、温度T以及位错的激活能Q之间有： 式中：为某一应力作用下，位错激活能（eV）；g为特定常数；T是热力学温度（K）；k为波尔兹曼常数（8.6×10^‑5eV·K^‑1）；对（2）式两边取对数，得到：式中：，为松弛率A _室温 ，B _室温 ：均表示松弛因子，计算A _室温 ，B _室温以下过程得到：定义激活能为 ：（5）其中m为式（3）中关系中的斜率；确定不同温度下的的对数与T的倒数直线关系后，根据式（5）就可求出此时的激活能；室温25℃条件下的应力松弛率即为：这时所求出的的值即是中的系数，将代入式（4）得到：（7）可见，中的系数即为弹簧应力松弛1h后的松弛率，根据式（2），可以得到：两边取对数得：根据所测数据，确定弹簧在不同温度下的应力松弛方程后，可以得到室温25℃条件下：； 5) 计算扭转弹簧的应力松弛寿命 ：将系数、带入式（4）中，可计算出扭转弹簧预测寿命时间：t，也可通过弹簧的使用寿命年限推出弹簧的松弛率的大小，当松弛率小于限定值则该扭转弹簧可以满足实际年限使用需求，反之，则不符合使用年限要求。