
高溫環(huán)境下彈簧的力學行為與常溫有明顯差異,設計時需對常規(guī)參數(shù)進行修正,確?煽抗ぷ。
彈性模量隨溫度升高而下降。鋼在300攝氏度時彈性模量約為常溫的90%,在500攝氏度時降至80%左右。設計高溫彈簧時,需使用對應溫度下的彈性模量進行計算,否則實際彈力會低于設計值。鎳基合金的彈性模量下降更明顯,需查閱材料數(shù)據(jù)手冊。例如,Inconel 718在650攝氏度時彈性模量約為常溫的75%。
許用應力隨溫度升高而降低。高溫下材料的蠕變和松弛傾向增加,長時間工作時應力水平需降低。通常采用應力松弛試驗數(shù)據(jù)確定許用應力,保證在預期壽命內(nèi)彈力衰減不超過允許值。對于振動工況,疲勞極限也隨溫度升高而下降,需降低設計應力幅。一般建議工作應力不超過常溫許用應力的60%至70%。
熱膨脹影響彈簧自由高度和安裝尺寸。彈簧材料的熱膨脹系數(shù)與相鄰部件可能不同,溫度變化時產(chǎn)生附加應力或間隙。設計時需計算各部件熱膨脹差異,預留補償量。對于兩端固定的彈簧,熱膨脹可能產(chǎn)生附加預緊力,需在計算中考慮。當彈簧在高溫下長期工作時,蠕變會導致自由高度逐漸減小,初始設計時可預留壓縮余量。
蠕變變形需在長壽命彈簧設計中考慮。高溫下彈簧會發(fā)生緩慢的塑性變形,導致自由高度降低和彈力下降。設計時可根據(jù)蠕變曲線選擇合適的初始應力和尺寸,使彈簧在壽命期內(nèi)保持可用狀態(tài)。對于精度要求高的場合,可設置定期調(diào)整機構(gòu)。對于承受靜載的彈簧,應力松弛比蠕變更重要;對于動態(tài)工況,兩者均需評估。