圆柱形螺旋压缩弹簧.doc

使用条件恶劣（发动机气阀）的圆柱形螺旋压缩弹簧

1） 应用范围
在图纸上有要求时，应使用本标准。
如有特别说明或附加说明，应标注在图纸和/或有关标准上。

2） 在图纸上的标注
2.1 必须遵守的规定
l 标准7413
2.2 可以采用的规定
l 喷丸处理(Pallinatura)
l 保护性涂料

3. 产品鉴定说明
按下面各段的规定，进行元件的验证和试验，并将试验结果与图纸规定进行比较。

3.1 试验环境（除特别规定者外）
温度： 23°± 5°
大气压力：860~1060毫巴
相对湿度：45~70%

4. 一般特性
4.1 外观检查
无保护性涂料的弹簧，其表面应无锈蚀和氧化皮，螺旋的内部不得有卷绕工具所造成的痕迹。
表面检查应用2X放大镜进行；如有怀疑，应用电磁式测量仪检查。
在经喷丸处理或带涂料的弹簧上，即使弹簧内部的表面层亦应完整。
除图纸上另外有规定者外，弹簧有效段的节距应均匀，从有效段至弹簧的端部应均匀过渡。
4.2 标志
如会影响弹簧的疲劳寿命，弹簧上的标志通常可以省去。通常可只用油漆点作为标志以方便安装，此时安装工作必须按图纸说明进行。
4.3 尺寸与公差
尺寸和公差应按图纸和标准加以检查；弹簧的标准数值见附件5及主要参数图。
所规定的自由长度(Lo)仅为参考值，供应商可以作必要的变化，以满足负荷和挠性方面的规定公差。弹簧的压紧长度(Lb)只在图纸上有规定时才须作为最高要求加以检验。
4.3.1 平行度和垂直度
支承面的平行度误差和弹簧轴线相对于支承面的垂直度误差之最大允许值按图纸规定。
4.3.2 尺寸测量

试验应用3个弹簧进行：
l 按“试验结果”表（附件1）进行特性尺寸测量并将结果记录在表内。
l 按表上规定的检验负荷(Pc)进行这些弹簧的试验，共8次。
l 在气阀关闭和打开的高度上进行负荷检查。
l 将测得的数值记入附件1的表格内。
l 对任一弹簧进行挠性计算，将结果记入附件1的表格内。
l 用计量学方法测定支承面的平行度误差和弹簧轴线相对于支承面的垂直度误差，并将结果记入附件1的表格内。
如实测值或计算值不在规定范围内，样品便属不及格。

4.4 材料
图纸上规定使用之钢丝，其成分和状态应符合标准2368LT的规定。如图纸上规定要采用喷丸处理，应按标准2457L.T.的规定在成品上进行规定的试验。

4.5 脱碳
试验应按标准2457L.T.进行。脱碳深度检查应按标准2368L.T.进行。

4.6 质量（重量）
元件理论质量（重量）的测定应按供应商与定货人的商定，用以下办法之一进行：
l 根据图纸规定的尺寸和公差、材料表规定的体积重量以及造型上的技术必要性，进行数学计算。
l 计算10个合格元件的重量之算术平均值。

5) 弹性特性
5.1 热态粘滞性屈服(cedimento viscoso a caldo)
非破坏性：关于整个试验循环，参照附件2的表。

5.1.1 试验说明
1． 给6个弹簧作上1~6的编号。
2． 将1号弹簧放在天平的下盘上。
3． 通过合适的手轮，使弹簧与天平的上盘接触并加上0.2kg的预负荷。
4． 在此情况下通过位移传感器测量弹簧的自由高度，将结果记录在表格的“收货状态”(pervenuto)栏内。
5． 将弹簧压缩至表格的第一部分规定的“阀门关闭”高度。
6． 测量相应的负荷并记入表格内。
7． 将弹簧压缩至表格的第一部分规定的“阀门打开”高度。
8． 测量相应的负荷并记入表格内。
9． 将弹簧压缩至表格的最后一行规定的负荷Pc为止，共进行8次。
10、重复进行步骤4~8，将实测数值记入表格内的“8次检验负荷循环后”那栏内。
11、对所有其它弹簧重复步骤2~10。
12、用合适的工具将6个弹簧压缩至“阀门打开”的高度。
13、将工具锁定并将之连同弹簧一起放入130±2°C的恒温炉内48±1小时。
14、将弹簧从工具内取出并在常温下冷却约30分钟。如由于任何原因弹簧要在工具内 冷却，试验便被认为是不真实，应用新的工具进行试验。
15、重复步骤4~8，将实测值记录在表格的“130°C，48小时后”那栏内。
16、计算每个弹簧在“阀门关闭高度时”和“阀门打开高度时”、在“8个循环后”与“130°C，48小时后”的负荷之间的差别，将结果记录在表格的“测得的负荷损失”栏内
17、相对于8个循环后的实测值，计算“阀门关闭高度”和“阀门打开高度”时的负荷损失百分数。计算时采用以下公式：
P – P1
负荷损失% = -------- X100%
P
此处，
P = 8个检验负荷循环后的实测值
P1 = 炉内处理后的实测值

18、将计算得的值记录在表格内。
19、按“阀门关闭高度”和“阀门打开高度”，将最小、最大和算术平均百分损失记录在表格的有关栏内。
注：试验所得的最大值不应超过标准2368L.T.规定的允许百分值极限，否则便不合。
5.1.2 依弹簧的材料和检验类别而异，在图纸规定的试验长度下之名义应力值（在负荷
Pmax下的计算应力）下，所得数值不应超过以下图表规定的极限值。

CA 55SiCr6类（钢）

CA 88Cr V2类（钢）

CA 58Cr V2类（钢）

CA C72 Extra类（钢）

CM 50 CV4类钢

CM 68CrV4类(钢)

CM C72类（钢）

（图）
（纵坐标：）最大允许初始负荷损失P%
（横坐标：）负荷Pmax 时的应力（daN/mm2）

5.2 弹性特性检查（负荷和挠性）
5.2.1 弹性特性的测量应在图纸规定的8次“检验负荷(Pc)”试验后，用§4.3.2规定的试验
方法进行。
5.2.2 图纸规定有两种负荷公差的弹簧
验明在规定长度(L1和L2)下，两负荷处在各自的公差范围内。
如弹簧图纸上只规定了一个负荷，应在相应的弹黄长度（L1）下进行负荷的验证。
5.2.3 图纸规定有一个负荷公差和挠性公差的弹簧
验明在图纸规定的、与带公差的负荷相应的长度下，负荷处于该公差范围内。
验明图纸规定的两种负荷（或两种长度）下的挠性（或刚性）处于规定公差范围内。

6．表面涂层
表面涂层的检验应在成品上按图纸规定进行（例如标准2801L.T.）。

7．疲劳试验
进行试验的方法是，按照§7.1节规定的方法，让弹簧在图纸规定的极限值之间、以规
定的最少循环数承受重复的强迫变形（压缩）循环。不允许有断裂。
7.1 在试验台架上验证疲劳强度
7.1.1 注明
负荷循环是脉冲式的，从0至规定值之间变化。要使用的参数为扭转应力τ(kg/mm2)。试验方法是staircase（楼梯间）法，见标准UNI3964。要进行试验的最小弹簧数目为15个。整个试验循环见附件3的表。
7.1.2 试验
1） 试验弹簧的数目等于机器的试验位置数目。一半（或约一半）弹簧以τ等于规定的初始值进行试验；另一半以比上述小2kg/mm2的τ值进行试验。注意：机器应能保证脉冲负荷由零至最大允许τ值之间连续变化。试验速度应不致引起弹簧内部温度的升高。
2） 用下式计算能产生所选τ应力值的负荷P(kg)。

π × d3
P = -----------------× τ (1)
8 × Kts × D
此处，
τ = 扭转应力 (kg/mm2)
D = 弹簧中径（mm）
d = 钢丝直径(mm)
Kts = 应力集中系数(Wahl)；从附件4的图表中可查得，是比值D/d的函数。
P = 负荷(kg)。
3） 将一个弹簧放在天平上，并让弹簧承受8次检验负荷(Pc)。
4） 测量弹簧的自由高度（预加负荷0.2kg），将数值填入附件3。
5） 将弹簧压缩以获得用前面的公式(1)计算得的负荷P。
6） 测量在此压缩情况下的弹簧高度并将之填入附件3的相应高度栏内。
7) 从弹簧自由长度中减去弹簧被压缩时的高度，将所得的变形值（矢量）填入附件3。
8) 调整疲劳试验台架以获得计算的行程矢量。
9) 将弹簧放在疲劳试验台的合适卡口内。
10) 配备一个能在弹簧和套筒断裂时使试验机构停止的装置。
11)启动试验机。在无断裂的情况下每个试验的时间为107个循环，在附件3的“断裂”栏内填入“NO”。如弹簧在107个循环之前断裂，将循环数和弹簧断裂点填入。应注意观察弹簧的断裂部分，看是否有不正常情况（裂纹，夹杂，拉丝缺陷等）存在。如有疑问，应进行实验室分析。
12) 按照下述考虑，以新的τ值在每个试验机构上进行下一次试验：
- 如弹簧断裂，将τ应力值减少2kg/mm2。
- 如弹簧不断裂，将τ应力值增加2kg/mm2。
13) 以规定标准继续进行试验，至样品用完为止。
14) 按楼梯间(stair case)法计算B50%和B1%值，将结果填入附件3的表格内。
15）按照下表的规定，验明疲劳极限B1%是否超出或等于材料的预期疲劳极限。

材料
107个循环的疲劳极限(Mpa)
68CrV2(Oteva 60)
451± 451
55SiCr6(Oteva 70)
441± 441
55SiCr6 SUPER CLEAN (Oteva 70)
441± 441
55SiCr6 SUPER CLEAN PELATO
490± 490

8) 生产循环的规定
8.1处理供应商可按他认为更合适的标准随意进行处理，但弹簧应满足§5.1节的试验要求。
8.2 弹性特性的检查
如图纸规定要进行100%的检验而不说明要检查的特性，此百分值便仅是指弹性特性（负荷和挠性）；在此情况下，供应商可将上述百分比限制为仅检查一种特性（负荷中的一个，按情形选取，或挠性），并仍用此统计学标准进行其它检查，或检查其它负荷，或检查挠性。
9) 对供应商的规定
零件应在足够干燥的，温度变化不大的环境中储存。
包装方式应能避免弹簧表面之间的直接接触，以保证表面涂料的完整性。
9.3 按产品鉴定标准供应
供应商应提交购买定单要求的数量，并附上规定的质量和合格证书。所有规定特性都应加以验证。不允许有“不合格”。

9.4 按生产要求进行供应
所供应的产品应符合图纸和本标准的规定。规定要采用的生产过程的类型和检验的严格
性时，供应商应注意Piaggio给各种特性规定的重要性等级，见各种规定（§10节）。

注：不论在产品鉴定时还是在供货检验时，均可对已进行过非破坏性试验（在§10节中用NM表示）的元件进行各种检查。如元件已进行过破坏性试验（M），若无特别规定，便不能用来进行其它试验或检查。

10． 特性分类表

特性
特性类别
试验类型
尺寸和公差
按图纸规定
NM
标志
I.C.Q=0
NM
重量
次要
NM
外观检查
重要
NM
材料
重要
M
喷丸处理(如图纸要求)
重要
M
脱碳
重要
M
热态粘滞屈服(cedimento viscoso a caldo)
重要
M
冷态修整
重要
NM
弹性特性
重要
NM
表面涂层
见图纸引用的标准

疲劳试验（如图纸要求）
重要
M
氧化后的疲劳试验
重要
M
在系统上的功能验证
重要
M

附件1
试验结果

弹簧的图号： 材料：

设计值 实测值
特性
测量单位
数值
公差
1#弹簧
2#弹簧
3#弹簧
钢丝直径
mm

外径mm
mm

内径
mm

有效圈数
n

总圈数
n

自由高度
mm

阀门关闭高度（A）
mm

阀门打开高度（B）
mm

压紧高度
mm

阀门关闭时的负荷（C）
Kg

阀门打开时的负荷（D）
Kg

挠性（见注解）
mm/kg

支承面之间的平行度
°

弹簧轴线对支承面的垂直度
°

检验负荷 ( Pc )
Kg

注：--挠性计算： f = （B-A）/（D-C）

附件2

热态粘滞屈服(cedimento viscoso a caldo)试验结果

弹簧图号： 材料：
图纸规定特性
丝直钢径
mm
自由高度
mm
阀门关闭时的高度
mm
阀门打开时的高度
mm
阀门关闭时的负荷kg
阀门打开时的负荷kg
弹簧自由时的负荷kg

试验条件
弹簧号
1
2
3
4
5
6
收货状态
自由高度mm

各种高度下的负荷（kg）
阀关闭

阀打开

经过8个检验负荷（Pc）循环后
自由高度mm

各种高度下的负荷（kg）
阀关闭

阀打开

经48小时130°C后

H=v.a（阀打开）
τ=
(kg/mm2)
自由高度mm

各种高度下的负荷（kg）
阀关闭

阀打开

实测负荷损失
阀关闭时的高度
Kg

%

阀打开时的高度
Kg

%

实测%负荷损失，高度：
阀关闭
阀打开
最小
最大
平均

按标准，在阀门打开高度时的最大允许%负荷损失 =

附件3

气阀弹簧疲劳试验结果

图纸规定特性
钢丝直径
mm
外径

mm
挠性

mm/kg
自由高度
mm
压紧高度
mm
阀关闭时的负荷，kg
阀打开时的负荷，kg
恒定节距C
变量V

弹簧号
试验位置号
应力τ
kg/mm2
负荷P
（kg）
相应高度mm
自由高度mm
矢量(mm)
循环数
no
断裂
断裂位置

STAIR CASE (楼梯间)法

A） 表格的构成
负荷
试验号 No
i
ni
i*ni
i*i*ni

1. 由下向上地按增大顺序将负荷填入第一栏内。
2. 在以后各栏中，根据所进行的试验，如弹簧断裂则填上X，若弹簧不断裂则填上O。
3. 按照所进行的总试验数目，确定出现得较少的事件（断裂或不断裂）。
4. 在量i 的栏内，将负荷水平从0到n-1地加以编号（n=负荷水平号）。
5. 在ni栏内填入每个负荷水平下出现率较低的事件（断裂或不断裂）数。
6. 在以后各栏中填入数值i*ni 和i2*ni.
B) B50%和B1%的计算 验证条件

A = Σon-1 (i*ni)= B x C – A2/B2 > 0.3

B = Σon-1 (ni)=

C = Σon-1 (i2*ni)=

B 50% = X + d * [(A/B) ± 0.5] (*) =

S = 1.62* d*[(C/D) – (A/B)2 + 0.03] =

B1% = B50% - 2.33 * S =

此处: X 为出现率较低的事件之较低负荷水平. d为负荷水平之间的间隔.
(*)分析时仅考虑总出现率较低的事件之有关数据，因而只是弹簧不断裂或弹簧断裂时的数据。对弹簧不断裂时的B50%，系数0.5为正值；弹簧断裂时为负值。

疲劳极限：B 50% =

B1%=

附件4

应力集中系数（WAHL）与弹簧中径/钢丝直径比的关系

τmax 4C – 1 0.615
Kts　= ------ + ---------- + --------___
τnom 4C – 4 C

16 Pr
此处： τnom = ------------
3.14 d2

P = 弹簧负荷
d = 钢丝直径
r = 弹簧中径
C = 2r/d

Kts

(横坐标：) 参数C

附件5

曲线图
理论和结构数据
钢丝直径
mm
d
弹簧外径
mm
De
自由长度
mm
L0
第一段有效圈数

Nv
总有效圈数

Nt
第一段节距
mm
p
总圈数

Nt
压紧状态下的长度
mm
Lb
安装后长度
Mm
Li
安装后的应力
MPa
τ1
安装后的负荷
N
Ps
最大升程
Mm
H
最大拱度
Mm
L2
最大应力
MPa
Τc
最大负荷
N
P
最大负荷(130 ℃时)
N
Pc(130 ℃)
弹簧图
DIAMETRO INTERNO=NEI1JING=内径
第一段的刚度
N/mm
KI
第二段的刚度
N/mm
KII
第二段的频率
循环/分钟
F1
切向弹性模量
MPa
G
弹簧重量
g
M