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寿命高抗松驰的弹簧选型设计

寿命高抗松驰的弹簧选型设计
  寿命高抗松驰的弹簧选型设计
  
  转向架的一、二系弹簧是机车主要的安全部件之一,它的质量直接影响着列车的安全,二系高圆弹簧(以下简称二系弹簧)的选用,使转向架的布局大大简化,并且动力学性能优异,二系弹簧不仅实现了车体与构架间的垂向支承,更主要的是实现了垂向、横向和回转的良好匹配。因而,二系弹簧受力更复杂,由于其横向的大变形,使所受的最大合成剪应力可增大到垂向载荷作用后的1.7~2倍,必需给予关注。
  
  一、二系弹簧的变形也是十分主要的参数,由于设计布局紧凑,特殊是六连杆空心轴机构的作用,弹簧的变形会使机构的平衡恶化,因此,必需研究选用寿命高并且变形小的弹簧。
  
  2 影响弹簧寿命的因素眉山车辆厂曾对出口泰国车用弹簧进行了疲惫寿命试验,通过试验发现,弹簧表面质量是影响弹簧疲惫寿命的主要因素之一。
  
  2.1表面粗糙度对弹簧疲惫寿命的影响由于疲惫裂纹一般是从表面最先的,所以材料的表面粗糙度对疲惫性能的影响十分显著。图1暗示了不同表面粗糙度对疲惫强度的影响,由图1可知,表面越光洁,疲惫强度越高。
  
  2.2点状缺陷对弹簧疲惫寿命的影响60CrMnA制内弹簧。热轧状况,疲惫寿命 89030断成3段,见图2。
  
  肉眼不雅察看,发现这批弹簧表面坑坑洼洼,极为不服整,尤其弹簧内表面,坑深不齐,大小不一,最深坑约1.5mm摆布。试验前外表面虽经过修整,但内表面无法修整。这批9个弹簧试件中,断了7件,寿命次数最低只有 160998次,其中有断成2段的,也有断成3段的。全部断于弹簧端部第2-4圈处。
  
  不雅察看断口发现为典型的疲惫断口特征。疲惫源呈现在弹簧内径表面的点状魔蚀坑处。
  
  金相阐发注解,组织为回火屈氏体,脱碳层深度0.203 mm。脆性夹杂物集中分布3级,见图3,超过国家尺度,硬度测试为 HRC46综上所述,因原料本身存在3级脆性夹杂物,并且在钢件的次表面,弹簧经加热成型、淬火后表面呈现大大小小的腐蚀坑。这些魔蚀坑在试验中导致应力集中,成为疲惫断裂源。
  
  2.3表面裂纹对弹簧疲惫寿命的影响用 60Si2CrVA制的外弹簧,材料经冷拔磨光,疲惫寿命试验77757次后断裂。该弹簧在离端面第4圈处断裂,断裂面呈银灰色,组织细密,在弹簧内表面有一处约4mm x 1 mm黑皮,顺着黑皮约有30mm摆布微细裂纹。从断口上能明显看出具有海滩状特征的裂纹扩展区和很少的粗晶粒状特征的瞬断区。裂纹源产生于4mm x 1 mm 的黑皮之处。该弹簧显微组织为回火马氏体,裂纹两侧有明显的脱碳层,见图4。
  
  脱碳层的抗拉强度低,是导致裂纹的主要原因。
  
  2.4碰伤对弹簀疲惫寿命的影响用冷拔磨光的 60Si2CrVA制的内弹簧,寿命试验38827次断裂。断裂呈现在离弹簧端面的第2图,断裂处的平面上有一中10mm摆布的擦伤陈迹,断裂从平面擦伤处呈45°角朝下标的目的扩展。断面晶粒细小均匀,有明显的裂纹扩展区和瞬断区。
  
  2.5轧制缺陷对弹簧疲惫寿命的影响用60Si2CrVA制的外弹簧,热轧退火状况,疲惫寿命试验 32341次断裂。
  
  宏不雅观不雅察看发现此弹簧在中部,断面组织略粗大,在端面中心有一黑皮台阶,由此呈45°角度向外扩展,疲惫源、裂纹扩展区和最后瞬断区明显可见。
  
  该弹簧表里径表面有两条相对应的筋带,长约2mm,宽 0.5mm 摆布,黑皮台阶正好在筋带底边。
  
  金相组织为回火屈氏体,组织粗大,裂纹两侧无脱碳。
  
  由于组织粗大,加上原材料有筋带,有淬火应力集中,产生淬火裂纹,造成了弹簧早期失效。
  
  3材料的选择选用高强度的材料可有效提高弹簧的抗弹力衰减性能,即提高弹簧的抗败坏(塑性变形)和蠕变的能力。弹簧常用材料机械性能(尺度试样,在规定热处理条件下)如表1。
  
  可见材料 60Si2CrA 具有良好的机械性能,同时其制造过程性能不变,可使弹簧的综合性能提高。
  
  4材料表面状况的选择因为普通弹簧钢都是热轧材,表面脱碳严重,表面缺陷多(划痕、折叠、分层、结疤、微裂纹等),尺寸精度差,只能做一般普通要求的弹簧,作为机车主要的弹簧必需采用剥皮、磨光材料,这样可提高弹簧表面的粗糙度,去掉轧制时的缺陷和表面脱碳层,使弹簧的疲惫寿命得以保证。
  
  5 制造工艺的选择选择合理的制造工艺可减小弹簧制造过程的损伤,保证疲惫寿命。工艺的选择合理还能有效提高弹簧的疲惫寿命。国际铁路联盟规程 UIC822.0《机车车辆用热卷螺旋压缩弹簧技术条件》诠释了弹簧的制造工艺。参照其它技术条件选择了以下要害工序。
  
  5.1卷制采用一次加热(950 C摆布)卷绕成型,马长进行形变淬火热处理的先进工艺,保证脱碳层控制在O.1 mm 以内,使弹簧结晶的晶粒更细,有效提高疲惫寿命。
  
  5.2喷丸采用 UIC822尺度的喷丸工艺,对弹簧进行喷丸强化,使喷丸的效果达到阿尔曼A试片的变形量在0.4-0.5mm之间,提高弹簧表面的压应力,消除内圈拉应力,提高弹簧的疲惫寿命。
  
  5.3 其他表面峡陷的控制十分主要,出产过程采用两次探伤工艺,确保弹簧表面无缺陷,确保其可靠性。
  
  弹簧疲惫试验用这一方法选型制造的 SS,E机车弹簧于2002年3月1日至3月22日在同济大学机车车辆系机车车辆动力强度试验室进行了疲惫试验,其试验经历了以下工况:
  
  垂向工况一:工作载荷 53083N,动载系数0.25,循环次数1×10次;工况二:强化系数1.15,再等效执行工况1的1x100次循环(加速强化疲惫)。
  
  横向工况三:工作载荷下横移+30mm,循环次数3x10次:
  
  工况四:1.15倍工作载荷下横移+50mm循环 。

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