减少在螺旋弹簧的回弹和残余应力[外文翻译].doc

附件C：译文


减小螺旋弹簧的回弹和残余应力

阿克伦大学 机械工程系 G.D.BIBLE
凯斯西储大学 机械与航空航天系 T.P.Kicher

被卷成螺旋弹簧的金属丝在冷成形后表现出相当大的扭转回弹。这种回弹可以通过在卷制过程中施加拉伸的方式来减小。拉伸载荷的应用减小了用于形成弹性铰的力矩。在进一步的绕制过程中去掉拉伸载荷可以减小在横截面上的残余力矩和由此产生的回弹。更重要的是，降低金属线上的残余应力与减小回弹是有关联的。
介绍
对于机械弹簧，金属丝绕成一个简单的螺旋是最常见的方式。螺旋弹簧是设计来平衡拉、压、扭转载荷的。
设计步骤和应力分析理论被和好的建立了。【5】然而，残余应力是在绕制弹簧过程中附加应力叠加的结果。残余应力近似等于材料的屈服应力，对于高强度钢可达1379MPa或者更大。
残余应力会影响疲劳寿命即材料抵抗应力腐蚀及其他类型腐蚀的能力。通常机械零部件在冷成型或制造后要经过退火处理以消除残余应力。然而，用作机械弹簧的高强度钢经过这种热处理后会降低强度。另一种说法（在这里提到的），在绕制过程中采用拉伸方式，这将导致尺寸方面的稳定而且会极大地降低残余应力。虽然这里提到的结果适用于所用的螺旋弹簧，但是研究肌肉电极断裂的特殊问题应该立即开展。因为由极细的金属丝制成的被用作人工神经的肌肉注射电极，本质上说也是螺旋弹簧。通过直接电刺激肌肉可以恢复脊髓损伤的患者局部运动能力。
电刺激肌肉的过程是目前正在加紧研究的领域。然而，一个最大的问题就是在体内的电极过早的和不可预知的失效。这种破损是由于腐蚀带来的疲劳。
理论
由于弯曲，作用于金属丝或者棒上的力矩导致常见的应力分布。应力随着力矩的增加而增加。对于理想的弹性塑料材料，应力的增加在屈服应力点停止，如图1所示。随着力矩的增加，如图1所示，最终形成塑性铰应力分布。