Механико-математическая оценка влияния механических свойств проволоки на износостойкость винтовых цилиндрических пружин сжатия

Распространенным дефектом пружин является уменьшение их износостойкости вследствие изменения механических свойств проволоки по длине, в частности величины предела текучести, в том числе при трении в процессе эксплуатации пружины. По представленной математической модели напряженно-деформированного состояния пружины исследовано влияние изменения предела текучести проволоки на износостойкость пружины при контактном заневоливании. Построен график зависимости остаточной деформации пружины от предела текучести её материала для разных диаметров проволоки. Рассеивание значений предела текучести пружинной проволоки в мотке согласно ГОСТ 9389 «Проволока стальная углеродистая пружинная» может составлять до 200—250 МПа. Установлено, что при этом рассеивание деформации изготовленных пружин составит 11,76 % и превысит допустимые значения. Для пружин первой группы точности допустимые отклонения на рассеивание деформации ± 5 %, для пружин второй группы точности — ± 10 %. Получен график влияния изменения предела текучести проволоки по длине на рассеивание деформации пружины для нагрузки 140F₃ (F₃ — сила сжатия пружины до соприкосновения витков). Используя представленную методику и учитывая рассеивание деформации пружины в зависимости от изменения предела текучести проволоки по длине, в том числе вследствие трения при эксплуатации, можно значительно уменьшить процент брака при изготовлении и повысить износостойкость винтовых цилиндрических пружин сжатия.

1. Ali Yetgin, Aptullah Karakaş, Bülent Acar, and Emre Özaslan. Failure Analysis of a Helical Com-pression Spring with Relatively Low Spring Index // Engineering Failure Analysis. — 2024 (165), 108798. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2024.108798

2. Cabal Miguel Rodriguez, Noreña Luis Grisales, Montoya Oscar Danilo, Hincapie Diego, and Caicedo Brandon Cortes. Optimal Design of Heli-cal Springs Using Metaheuristic Techniques // Mathematical Modelling of Engineering Problems. — 2024, no. 11, 2595—2605. https://doi.org/10.18280/mmep.111001

3. Eren Arslan and Kenan Genel. Failure analysis of automotive helical spring // Engineering Failure Analysis. — 2023 (153), 107569. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107569

4. Estela Ruiz, Diego Ferreño, Miguel Cuartas, Bor-ja Arroyo, Isidro A. Carrascal, Isaac Rivas, and Federico Gutiérrez-Solana. Application of Ma-chine Learning Algorithms for the Optimization of the Fabrication Process of Steel Springs to Improve Their Fatigue Performance // International Journal of Fatigue. — 2022 (159), 106785. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106785

5. Hans Boungomba, Philippe Moreau, Tarik Sa-dat, Lola Lilensten, Mirentxu Dubar, and Lau-rent Dubar. Investigation of the Impact of AISI D2 Tool Steel Wear and Lubrication Type on the Evolution of the Friction Coefficient During Cold Winding Process // Wear. — 2024 (542–543), 205272. https://doi.org/10.1016/j.wear.2024.205272

6. Li Lei, Qiufa Xu, Haiying Yang, Yang Ying, Zu-han Cao, Dizi Guo, and Vincent Ji. Design and Rate Control of Large Titanium Alloy Springs for Aerospace Applications // Aerospace. — 2024 (11), 514. https://doi.org/10.3390/aerospace11070514

7. Янь Ч., Ли С., Жавнер М.В. Способ и устрой-ство для определения внутреннего трения пру-жинного аккумулятора // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и про-изводство. — 2024 (26), 40—46. DOI: 10.26160/2658-3305-2024-26-40-46. EDN: GUJZGV

8. Белков Е.Г. Технология изготовления и упроч-нения пружин: монография. — Челябинск: Из-дательский центр ЮУрГУ. — 2013. ISBN: 978-5-696-04466-8. EDN: RSSWPS

9. Jingwen Hu, Xun Chen, and Yashun Wang. Stress Relaxation Mechanism and Life Evaluation of Ti-tanium Alloy Springs under Long-Term Thermo-Mechanical Coupling Conditions // Materials To-day Communications. — 2024 (38), 108472. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108472

10. Yang Liu, Zefeng Wen, Xingwen Wu, Bo Peng, Yabo Zhou, Gongquan Tao. Investigation of Fa-tigue Durability and Influencing Factors of Coil Springs: A Case Study for Metro Vehicles // Inter-national Journal of Fatigue. — 2024 (187), 108469. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2024.108469

11. Кухарь В.Д., Коротков В.А., Яковлев С.С. [и др.] Экспериментальное исследование процесса рифления локальным пластическим деформиро-ванием // Вестник машиностроения. — 2024 (103), № 1, 55—57. DOI: 10.36652/0042-4633-2024-103-1-55-57. EDN: ZMNHZM

12. Bo Xia, Bin Wang, Peng Zhang, Chuanxi Ren, Qiqiang Duan, Xiaowu Li, and Zhefeng Zhang. Improving the High-Cycle Fatigue Life of a High-Strength Spring Steel for Automobiles by Suitable Shot Peening and Heat Treatment // International Journal of Fatigue. — 2022 (161), 106891. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106891

13. Землянушнова Н.Ю. Расчёт винтовых цилин-дрических пружин сжатия при контактном за-неволивании: монография — Ставрополь: АГРУС. — 2008. EDN: POKLYF

14. Землянушнов Н.А., Землянушнова Н.Ю. К по-вышению износостойкости винтовых цилин-дрических пружин сжатия, работающих с кон-тактом витков // Трение и износ. — 2024 (45), № 3, 237—245. DOI: 10.32864/0202-4977-2024-45-3-237-245. EDN: EFLTUE

15. Пономарёв С.Д., Андреева Л.Е. Расчёт упругих элементов машин и приборов. — М.: Машино-строение. — 1980