Frage:
Wie wird das Langzeitkriechen einer Feder bestimmt?
hazzey
2015-03-30 06:44:40 UTC
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Federdesign

Beim Federdesign sind verschiedene Parameter zu berücksichtigen. Einige der Parameter sind ausschließlich physikalisch (Drahtdurchmesser, Spulendurchmesser, Länge usw.) und andere werden aus den physikalischen Abmessungen in Kombination mit den Materialeigenschaften (Federkonstante) bestimmt , zulässige Beanspruchung usw.).

Federsatz

Eine physikalische Eigenschaft einer Feder ist, ob sie einen Satz erfährt oder nicht. em>. Dies ist eine bleibende Verformung der Feder nach dem Zusammendrücken. Ob set ein Problem ist oder nicht, hängt von der Beanspruchung der Feder gegenüber der Zugfestigkeit des Materials ab.

Die allgemeine Faustregel lautet Dieser Satz ist kein Problem, wenn die Feder nur 40% oder weniger ihrer Zugspannung erfährt. Wenn die Feder zwischen 40% und 60% ihrer Zugspannung erfährt, kann der Satz während der Herstellung ausgeglichen werden. Oberhalb von 60% der Zugspannung kann der Satz nicht gesteuert werden.

Der Grund, warum der Satz gesetzt werden kann, besteht darin, dass er bereits nach wenigen Zyklen auftritt und dann die volle Menge des Satzes erreicht wurde.

Kriechen

Kriechen ist ein von der Menge getrenntes Phänomen. Das Setzen erfolgt sofort, aber das Kriechen erfolgt mit konstanter Last über die Zeit. Da das Metall unter Spannung steht, sollte es ein Kriechen aufweisen. Das Kriechen wird auch von der Temperatur beeinflusst.

Ich möchte wissen, wie eine Feder von einer konstanten Langzeitbelastung beeinflusst wird. Ich konnte keine Informationen über das Kriechen in Federn oder deren Berechnung während der Federkonstruktion finden.

Wie wird das Langzeitkriechen einer Feder bestimmt?

Einer antworten:
#1
+3
thepowerofnone
2015-04-01 22:20:40 UTC
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Ihre Frage ist nicht ausreichend eingeschränkt.

Die kurze Antwort lautet, dass Sie nicht genügend Informationen bereitgestellt haben, um eine vollständige Antwort zu geben: Das Kriechen ist für ein einzelnes Material kompliziert genug, es gibt jedoch eine Vielzahl von Mechanismen Abhängig von Material, Temperatur, normalisierter Spannung, Zeit usw. usw. In einem "generischen Metall" ist das folgende Diagramm ein guter Ausgangspunkt, um zu bestimmen, mit welchem ​​Mechanismus Sie arbeiten, aber diese Haltepunkte ändern sich immer noch mit dem Material. Offensichtlich verhält sich etwas wie Aluminium nicht mehr wie ein festes Metall gut unter 3000 ° C.

Temperature-stress dependence in metals

Einige Nickel-Superlegierungen erfahren weniger kriechen bei höheren Temperaturen, obwohl diese exotisch und extrem teuer sind.

Wenn Ihre Frage wirklich ist "" Wie wird dies für eine bestimmte Feder eines bestimmten Materials bestimmt? ? " dann ist die Antwort enttäuschend einfach: Legen Sie Ihre Feder für eine Reihe von sehr langen Zeiten und eine Reihe von Lasten in einen Ofen mit konstanter Temperatur und messen Sie, was passiert. Es spielt keine Rolle, durch welchen Mechanismus es kriecht, alles, was Sie wissen möchten, ist, wie es rechtzeitig auf diese Last bei dieser Temperatur reagiert.

Bearbeiten: Nach Ihrem Kommentar habe ich das Gefühl, dass ich das verstehe, was Sie fragen etwas besser, sollten also die Antwort entsprechend überarbeiten. Während es immer am besten ist, Ihre Teile zu testen, ist das Kriechen besonders unangenehm, da Sie Ihre Antworten nicht schnell erhalten können und es tendenziell teuer ist. Ein Material würde hier mehr als alles andere helfen, aber hier ist eine vorgeschlagene Entwurfsmethode (ich bin nicht mit der Konstruktion von Federn zur Linderung des Kriechens vertraut, dies ist nur eine Reihe von Vorschlägen eines Kollegen aus dem gesunden Menschenverstand):

  1. Entscheiden Sie selbst, welche Betriebsbedingungen Sie erwarten: Last, Lastdauer und Temperatur. Sie sollten dies alles wissen.
  2. (optional) Entscheiden Sie, welche Art von Federreaktion Sie wünschen, und gestalten Sie die Feder entsprechend. Verschiedene Federn reagieren grundsätzlich unterschiedlich auf die Last.
  3. Finden Sie eine Gleichung zur Schätzung der Spannungsverteilung in einer Feder. Sie haben nicht angegeben, welchen Federtyp Sie entwerfen, aber aufgrund der Erwähnung der Druckbelastung würde ich eine Stahlschraubenfeder annehmen, aber es könnte eine von vielen sein. Wenn dies der Fall ist, habe ich keine Gleichung für die Spannungsverteilung, die wahrscheinlich komplex ist, da Schraubenfedern wahrscheinlich eine Kombination aus Axial- und Scherbelastung aufweisen, wenn sie sich verformen. In beiden Fällen würde ich mir vorstellen, dass aufgrund der Kontinuität eine mittlere Spannung auftritt, die auf den ersten Blick nur eine Funktion des Spulenwinkels relativ zur Kompressionsrichtung ist.
  4. Entscheiden Sie, ob Kriechen ist ernsthaft eine Überlegung für Sie. Die meisten Federn arbeiten nicht in der Nähe der UTS des Materials, aus dem sie hergestellt sind, und wenn Sie kleinere Aufträge haben, würde ich fragen, ob Sie sich überhaupt um Kriechen sorgen müssen. Ihr Auto sitzt jahrzehntelang auf seinen Federn und verliert keine nennenswerte Fahrhöhe. Selbst wenn Sie Änderungen vornehmen, hat dies überhaupt Einfluss auf Ihr Design, wenn Ihre Feder innerhalb eines Jahrzehnts geringfügig kürzer wird?
  5. Entscheiden Sie, wie wichtig Gewichtsersparnis für Sie ist, und wählen Sie Ihr Material aus Geben Sie die gewünschte Federkonstante an und senken Sie gleichzeitig die Kosten so gut wie möglich.
  6. Verwenden Sie eine Tabelle ähnlich der folgenden, um den Kriechbereich zu ermitteln, in dem Sie arbeiten, und geben Sie Ihre Geschwindigkeit an Kriechen Sie aus einer Gleichung, die für diesen Bereich und die für Ihr Material geeigneten Konstanten gilt. Sie können dies alles online finden.
  7. Finden Sie heraus, ob diese Rate akzeptabel ist.
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    Bitte beachten Sie, dass der erste Schritt zur Linderung des Kriechens (Verringerung der Normalisierung) erforderlich ist Stress) ändert die Eigenschaften Ihrer Feder, was Sie wahrscheinlich auf einen Materialwechsel oder ein anderes Federdesign beschränkt.

Ich bin damit einverstanden, dass, wenn ich nach einer bestimmten Nummer fragen würde, die Antwort wäre, dass mehr Informationen über Material, Last, Temperatur, Zeit usw. benötigt werden. Wenn ich Ihre Antwort richtig lese, sagen Sie, dass es keine Möglichkeit gibt, dies zu wissen (oder schätzen), wie eine bestimmte Feder auf anhaltende Belastung reagieren wird. Deshalb muss ich eines entwerfen und dann testen.
Antwort erweitert.
Nur um ein paar weitere Komplikationen ins Feuer zu werfen: Wenn die Feder wiederholten Belastungszyklen ausgesetzt ist, insbesondere wenn sie Druck- und Zugspannungen abwechseln, besteht wahrscheinlich eine Situation mit einer Mischung aus "Kriechen", "Plastizität" und "Ermüdung". (Angstzitate, die die vereinfachten Lehrbuchversionen jedes Phänomens angeben). Federn können auch aus nichtmetallischen Materialien hergestellt sein. Wenn dies wichtig ist, müssen Sie höchstwahrscheinlich eine Computermodellierung unter Verwendung von durch Tests validierten Materialverhaltensmodellen durchführen oder einen realistischen Langzeittest an der tatsächlichen Feder durchführen.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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