阅读文章前辛苦您点下“关注”，便于探讨和分享，为了感谢您的支持，我将每日更新优质内容。

　　波形弹簧被用于为洗衣机轴承提供轴向力，在寿命试验中发生了不同程度的断裂和磨损（参见图1）。

　　波形弹簧的双侧接触点显示出了明显的摩擦痕迹，因此我们观察了与波形弹簧接触的零部件形貌（图2）。从图2中可以看出，轴承内圈和皮带轮端面都有明显的环形摩擦痕迹，进一步表明波形弹簧在工作过程中发生了相对转动。

　　波形弹簧在工作过程中受到复杂的力情况，断裂和磨损现象同时发生。仅凭观察失效现象很难判断导致失效的根本原因，因此需要进一步进行分析。

　　通过显微镜对波形弹簧的断口形貌进行观察（参见图3）。从图中可以看出，断裂起点位于有摩擦痕迹的一侧，这说明摩擦引起的材料损失削弱了材料的抗疲劳能力。断口上存在疲劳裂纹扩展区(E)和瞬时断裂区(M)，其中疲劳裂纹扩展区明显较大，说明波形弹簧在应力作用下发生了疲劳断裂。

　　通过硬度测试仪对波形弹簧裂纹两侧进行硬度检测，发现断口区硬度分布相对稳定，维氏硬度约为506，符合设计要求。此外，通过显微镜观察波形弹簧断裂区域的微观结构（图4），发现断裂区域的微观结构均匀，表明没有热处理不良。

　　这就导致波形弹簧开裂的两个重要因素是波形弹簧的磨损和动态应力作用。在失效的样品中，有一部分只经历了磨损而没有发生开裂，这表明波形弹簧的磨损先于开裂的发生。因此，波形弹簧的失效过程可以总结为：波形弹簧发生相对转动导致磨损，强度被削弱，然后在动态应力的作用下发生开裂。

　　波形弹簧在受力情况下，首先发生磨损，然后在应力作用下疲劳开裂。波形弹簧的磨损与其受力情况有关，我们可以简化波形弹簧的受力情况，如图5所示。

　　波形弹簧分别与皮带轮和轴承内圈端面相接触，接触点分别为A和B。在外力Fs的作用下，波形弹簧发生压缩变形量δ，相应地产生反抗压力Ns米乐m6，即预紧力。作用力在波形弹簧与轴承及皮带轮之间通过摩擦传递，因此波形弹簧预紧力对于摩擦力的大小起着关键作用。

　　波形弹簧在洗衣机中位于轴承和皮带轮之间，正常装配时波形弹簧被压缩δ，并产生预紧力Ns。设计意图是确保皮带轮、轴承和波形弹簧之间的同步转动，避免发生相对转动而导致磨损。为了实现设计意图，需要满足以下关系式：

　　在上述关系式中，μA表示波形弹簧与皮带轮之间的摩擦因数，μB表示波形弹簧与轴承内圈端面之间的摩擦因数，Fz表示波形弹簧与轴承内圈和皮带轮同步转动所需克服的最大阻力，fs表示安全因数。

　　考虑到波形弹簧、轴承内圈和皮带轮均为金属材料，我们选择了μA和μB的值为0.15。三者共同转动的阻力主要来自轴承内部的摩擦力，在最大径向载荷作用下，内部摩擦力达到最大。

　　通过实测我们确定某型号轴承在限定径向载荷下内部产生的最大摩擦阻力约为500N。考虑到阻力值是通过实测得到的，并且轴承是精密零部件，我们选择安全因数fs为1.1。将各参数代入上述关系式中得到

　　当波形弹簧的压缩量保持不变时，预紧力取决于刚度。材料性能和波形弹簧的几何形状都是影响刚度的重要因素。由于波形弹簧具有对称性，我们将半个波形作为分析对象，其受力情况如图6所示。

　　从图中可以看出，在受到正向压力时，A点和B点分别承受大小相等但方向相反的作用力FA和FB。我们可以将这两个点的受力沿水平和垂直方向进行分解，得到Fax、Fay、Fbx、Fby。它们之间的关系可以表示为：

　　在这上面的式子中，σ代表波形弹簧内的应力，A1代表受力方向上的截面积，θ代表波形弹簧被压缩δ时与接触面形成的波形角度，m代表波形弹簧的模数，即完整波形的数量。根据方程(2)到方程(4)，我们可以得到以下结论：

　　根据将设计参数代入方程(5)并计算，我们得到结论：Ns 512 N。

　　根据方程(5)，我们可以发现波形弹簧的模数m、截面积A1、波形角度θ以及材料的许用应力[σ]都直接影响波形弹簧的预紧力。受到波形弹簧的材料性能和几何形状的影响，波形弹簧在弹性工作区工作时的预紧力上限为512 N，而这个值小于传动设计所需的550 N。

　　从这里可以看出，波形弹簧有在塑性变形区域工作的风险。因此，需要改进波形弹簧的几何形状，以确保波形弹簧能够在弹性变形区工作。

　　我们选取了六个波形弹簧样品，并使用压力试验机对它们进行了预紧力的实际测量。这些样品的平均预紧力约为485 N，实际测量结果如图7所示。而波形弹簧的设计需求关系如图8所示。

　　根据实测结果，我们发现波形弹簧样品的预紧力趋势比较一致，但个体之间存在一定的性能差异。当波形弹簧被压缩时，如果预紧力小于材料的许用值（512 N），则波形弹簧在工作过程中不会发生塑性变形。

　　然而由于预紧力未能满足传动系统对预紧力的需求，波形弹簧与轴承内圈和皮带轮之间的摩擦力不足以克服系统阻力，导致波形弹簧发生相对转动并产生磨损。

　　当波形弹簧被压缩时，如果预紧力大于材料的许用值（512 N）且小于传动系统的需求（550 N），则波形弹簧存在发生塑性变形的风险，并且同样无法满足传动系统对预紧力的需求。结果也会导致波形弹簧发生相对转动并产生磨损。

　　当波形弹簧被压缩时，如果预紧力大于传动系统的需求（550 N），则波形弹簧会发生塑性变形，导致预紧力损失，并最终导致发生相对转动和磨损。

　　对波形弹簧进行改进设计主要集中在两个方面。首先，当前波形弹簧设计中，材料所能承受的极限应力尚不能满足传动设计的需求，因此需要进行改进。

　　根据方程(5)，我们可以看出波形弹簧的模数m、截面积A1以及波形弹簧波形与水平面波形的夹角θ对波形弹簧的预紧力有影响，可以从这些参数入手考虑改进方案。

　　另一方面，提高波形弹簧的刚度可以在压缩量不变的情况下增加预紧力，从而满足传动设计的需求。提高波形弹簧的刚度需要基于波形弹簧刚度计算式进行。

　　显然，当波形弹簧的设计压缩量保持不变时，为了提高预紧力，需要增加波形弹簧的刚度。根据JB/T 13296—2017《波形弹簧 技术条件》，波形弹簧的刚度k可表示为:

　　在上述公式中，E代表弹簧材料的弹性模量，b代表波形弹簧的宽度，D代表波形弹簧的中径，D2代表波形弹簧的外径，D1代表波形弹簧的内径，K代表模数对应的刚度修正因数，可以通过查阅表1获得，而t则代表波形弹簧的厚度。

　　通过使用三款不同设计的波形弹簧的数据来验证公式(11)的准确性，这三款波形弹簧的模数均为4，弹性模量都是212 GPa，刚度修正因数都为3.88。

　　对比图9中波形弹簧的预紧力的理论计算值和实测值，平均误差率约为3.1%，说明计算精度是可接受的。由此可见，公式(11)可以用于波形弹簧的刚度设计。

　　根据观察公式(11)，我们可以发现影响波形弹簧刚度的主要因素包括模数、厚度、刚度修正因数、中径和宽度。其中，刚度修正因数受模数的影响，因此不需要单独进行分析。

　　我们使用MATLAB软件对公式(11)进行了因素影响分析，并将结果展示在图10至图13中。从这些图表中可以得出以下结论：模数、厚度和宽度对波形弹簧刚度产生正向影响，而中径对波形弹簧刚度产生负向影响。

　　通过观察图10至图13中的刚度数量级，我们可以得知波形弹簧刚度对模数和厚度的变化非常敏感，对中径和宽度的敏感度稍低。

　　随着模数的增加，厚度对波形弹簧刚度的影响逐渐增强。并且厚度的增加，模数对波形弹簧刚度的影响也逐渐增强，两者相互增强。甚至随着宽度的增加，中径对波形弹簧刚度的影响也逐渐增强。然而中径的增加，宽度对波形弹簧刚度的影响趋于减弱。

　　根据因子影响分析的结果，我们发现当前波形弹簧的刚度水平与目标值之间的差距并不大。因此，我们决定以宽度为切入点进行改进设计。由于宽度的变化会对中径产生影响，为了减少对已有系统中其他零部件的影响，我们采取了保持波形弹簧内圈直径不变，增大外圈直径的策略。宽度也是波形弹簧截面积的组成部分之一，增大宽度还能提高波形弹簧的力学性能。

　　根据图12和图13，我们可以找到几个满足需求的解，并结合实际工程情况选择了最佳方案。在最佳方案中，波形弹簧的外径为36.5mm。表2显示了改进设计前后波形弹簧预紧力的对比。通过改进设计，波形弹簧能在弹性工作区工作，并能满足传动设计的要求。

　　针对开裂的波形弹簧及相关零部件，我们进行了失效形貌分析。通过使用显微镜观察失效的波形弹簧断口形貌和微观结构，并进行硬度测定，确定波形弹簧开裂的原因是磨损导致材料损失，而动态应力导致了疲劳断裂。

　　对波形弹簧进行了力学分析，得出了波形弹簧预紧力的设计边界条件，确定导致波形弹簧磨损的根本原因是预紧力设计不足。同时，我们发现当前的波形弹簧设计无法同时满足技术需求和机械性能要求。

　　对波形弹簧的刚度计算式进行了理论与实测的对比，计算误差约为3.1%，表明计算精度是可以接受的。通过对刚度影响因子的分析，我们确认模数、厚度和宽度对波形弹簧的刚度有正向影响，而中径对刚度有反向影响。其中，模数和厚度对刚度的影响较大，而中径和宽度的影响较小。模数和厚度相互增益，改变其中任意一项都会改变另一项对刚度的影响程度。

　　—参考文献—［1］ 曹扬． 波形弹簧力学性能研究及其在电机中的应用［J］．机械制造，2018，56( 12) : 43 － 46．［2］ 屈博，张武． 波形弹簧在传动机构中的应用探讨［J］． 机械工程师，2013( 11) : 166 － 168．［3］ 文红武． 燃油泵波形弹簧可靠性设计改进研究［J］． 航天制造技术，2015( 3) : 19 － 22．［4］ 赵磊，查卫华． 一起由波形弹簧引起的电机故障原因分析［J］． 科技创新导报，2020，17( 18) : 65 － 66．［5］ 温爱玲，路文娟． 锥形弹簧垫片断裂失效分析［J］． 热加工工艺，2015，44( 7) : 244 － 246．［6］ 陈德才，崔德容． 机械密封设计制造与使用［M］． 北京: 机械工业出版社，1993．［7］ 张家远，胡国良，吕成龙，等． 航空密封用波形弹簧力学性能理论研究及有限元分析［J］． 自动化与仪器仪表，2017( 5) : 48 － 52．［8］ 波形弹簧 技术条件: JB/T 13296—2017［S］．【免责声明】文章描述过程、图片都来源于网络，此文章旨在倡导社会正能量，无低俗等不良引导。如涉及版权或者人物侵权问题，请及时联系我们，我们将第一时间删除内容！如有事件存疑部分，联系后即刻删除或作出更改

　　特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

　　美联邦政府债务逼近35万亿美元关口 马斯克日前就此发文表示：“美国正走向破产”

　　SearchGPT第一波评测来了！响应速度超快还没广告，OpenAI杀手锏

　　《诺兰德》评测：神圣罗马帝国模拟器/

　　主站 商城 论坛 自运营 登录 注册 《诺兰德》评测：神圣罗马帝国模拟器 太空熊 2024-07-29 返回专...

　　我在《爆裂小队》的试玩会上丢掉了脑子/

　　主站 商城 论坛 自运营 登录 注册 我在《爆裂小队》的试玩会上丢掉了脑子 廉颇 2024-07-29 返回...