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楼主: 转动的齿轮
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最佳弹簧设计Advanced spring design

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发表于 2023-9-12 10:28 | 显示全部楼层
用4个冷卷弹簧来代替上述的热卷弹簧,必须用18mm的线径才能尽量减少弹簧个数,而且材料要用最好的。

用线径18mm的油淬火回火弹簧钢丝,TDSiCr-C,自由长度330、外径105、有效圈数8.159、总圈数10.159、弹簧重量5.6kg

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发表于 2023-9-12 10:53 | 显示全部楼层
预计将来新的油淬火回火弹簧钢丝标准,线径必将进一步增大,目前最大线径是18mm,逐步增加到19、20、21、22mm,这是技术进步的必然趋势,因为,冷卷弹簧的品质比热卷弹簧实在是好太多了,而且材料利用率也能够大幅度提高!

下面就是2017版标准中增加的内容,见红框

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发表于 2023-9-12 13:46 | 显示全部楼层
用油淬火回火超高强度弹簧钢丝,代替热卷弹簧钢丝,由于许用剪切应力从815MPa增加到了1050MPa,所以弹簧重量就几乎能够减轻50%,那么弹簧成本能够降低多少呢?

根据实际弹簧加工厂的核算,其实2种弹簧的单位重量成本几乎是相同的,不计表面处理的话,都是13~14元/公斤,那么很显然,冷卷弹簧几乎能够比热卷弹簧降低一半的成本!!!
发表于 2023-9-12 16:06 | 显示全部楼层
设想的用钢管来卷制弹簧,从而充分利用材料,理论上可行但是实际上很难实现,理由如下:

1、弹簧用的线材对于线径的公差非常敏感,也就是要求外径很精密。而且,线材表面质量也是要求很高的,最好没有缺陷,这样的话就要采用冷拔无缝钢管。目前,经询问无缝钢管厂家,确实可以用60Si2Mn或者60Si2CrV等弹簧钢为原料,加工制作出无缝钢管,但是,由于无缝钢管的制作本身就是高附加值的产业,导致钢管的价格较高,今天的报价是9850元每吨(TDSiCr-C油淬火回火线材,线径18mm,单价是10000每吨),显然这个价格远高于弹簧用热轧线材的通常价格;

2、钢管不能达到冷拉强化线材的强度等级,也无法达到油淬火回火钢丝的强度等级,换句话说,钢管卷制弹簧以后,还是要进行淬火回火热处理,从而导致弹簧总成本降低不明显;

3、要达到实心线材同样的应力水平,那么势必要增加钢管外径,在这种情况下,难以设计出合适的弹簧参数————主要是弹簧的自由高度以及压并高度等参数。

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发表于 2023-9-13 11:13 | 显示全部楼层
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发表于 2023-9-13 13:22 | 显示全部楼层
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发表于 2023-9-13 16:39 | 显示全部楼层
油淬火回火弹簧钢丝的线径精度,远比热轧弹簧盘条的高多了。

GBT 1222-2016 弹簧钢.pdf (1.72 MB, 下载次数: 1)

以18毫米线径为例,热轧盘条线径公差±0.25mm,而油淬火回火弹簧钢丝线径公差为±0.09mm

而且,线材表面质量也是差距巨大,油淬火回火钢丝表面剥皮、探伤,表面不得有全脱碳层、部分脱碳层允许深度不得大于1.0%d,且任何情况下不大于0.15mm

而热卷弹簧呢,卷之前加热到奥氏体,很多又要二次重新加热淬火,这些都导致钢丝表面出现一定程度的全脱碳层!采用退火磨光处理的所谓银亮钢丝,虽不允许全脱碳层存在,但是其部分脱碳层深度允差0.1+0.5%d,且不大于0.3mm


由此可见,热卷弹簧的品质是远远低于冷卷弹簧的,尤其是脱碳层、晶粒度这两个指标都是属于弹簧的A类缺陷,也就是最重要的质量指标......
发表于 2023-9-14 07:28 | 显示全部楼层
试了一下Kisssoft的弹簧模块,发现不怎么好用

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计算结果也很不相同

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发表于 2023-9-14 10:16 | 显示全部楼层
又试了一下Mitcalc的弹簧模块,发现更难使用,线径都没法自行选择。

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设计出的线径根本就没有38mm的,而材料应力数值又难以更改

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发表于 2023-9-14 22:07 | 显示全部楼层
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说白了,提高设计应力的主要目的是极大地降低成本!!!
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