GB/T 16947-2009 螺旋弹簧疲劳试验规范

　　ICS 2 1 . 160 J 26

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 16947—2009代替 GB/T 16947—1997

　　螺旋弹簧疲劳试验规范

　　Helicalspring fatiguetesting standard

　　2009-03-16 发布 2009-1 1-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 16947—2009

　　前 言

　　本标准是对 GB/T 16947—1997《螺旋弹簧疲劳试验规范》的修订 。修订时仍保留GB/T 16947—1997 《螺旋弹簧疲劳试验规范》中有效的部分，对已不适应的内容进行重新修订 。本标准与被修订标准的主要差异如下：

　　— 对原标准按 GB/T 1 . 1 进行了编辑性修改;

　　— 删除原标准表 2 ;

　　— 调整了原标准表 3 规定的产品类型以及循环作用次数，并作为资料性附录;

　　— 删除了原标准表 4 规定的产品按疲劳寿命的可靠度分等;

　　— 调整了原标准表 5(现表 2)所推荐的最少试样数量;

　　— 对表 B. 1 可靠度 R估值计量表进行了核对和整合 。

　　本标准的附录 A 、附录 B 和附录 C 为资料性附录 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国弹簧标准化技术委员会(SAC/TC 235)归 口 。

　　本标准负责起草单位：常州市铭锦弹簧有限公司 、北京科技大学 。

　　本标准参加起草单位：无锡泽根弹簧有限公司 、山东联美汽车弹簧有限公司 、扬州弹簧有限公司 、常州弹簧厂有限公司 、中机生产力促进中心 、浙江美力弹簧有限公司 、浙江金昌弹簧有限公司 、杭州钱江弹簧有限公司 、杭州富春弹簧有限公司 、无锡市钢正弹簧有限公司 。

　　本标准主要起草人：张英 会 、曹 辉 荣 、杨 伟 明 、马 友 芳 、姜 膺 、王 少 菊 、胡 家 骅 、吴 刚 、屠 世 润 、王 卫 、张涌森 、邵文武 、周平钢 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB/T 16947—1997 。

　　Ⅰ

　　GB/T 16947—2009

　　螺旋弹簧疲劳试验规范

　　1 范围

　　本标准规定了在变载荷下螺旋弹簧的疲劳试验规范 。

　　本标准适用于螺旋压缩和拉伸弹簧(以下简称弹簧)的疲劳寿命验证和可靠性评定 。对于变载荷作用下的其他弹簧产品可参照使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。凡是注 日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本适用于本标准 。

　　GB/T 23935 圆柱螺旋弹簧设计计算

　　GB/T 1805 弹簧术语

　　3 术语 、定义及符号

　　弹簧的基 本 术 语 按 GB/T 1805 的 规 定 。 与 疲 劳 试 验 有 关 的 术 语 、定 义 、符 号 及 单 位 列 于 图 1 和表 1 。

　　图 1 变载荷示意图

　　表 1

　　符号

　　术 语

　　定 义

　　单位

　　疲劳寿命验证试验

　　以确定弹簧疲 劳 寿 命 水 平 或 验 证 是 否 达 到 某 一 给 定 寿命值为 目 的而进行的试验

　　可靠性评定试验

　　以确定弹簧可 靠 性 水 平 或 验 证 是 否 达 到 某 一 给 定 可 靠度 目标值为 目 的而进行的试验

　　R

　　可靠度

　　试样弹簧(以下简 称 试 样)在 规 定 条 件 下 和 规 定 循 环 作用次数内不失效的概率

　　1

　　GB/T 16947—2009

　　表 1(续)

　　符号

　　术 语

　　定 义

　　单位

　　f

　　固有频率

　　由弹簧结构所决定的自身谐振频率

　　Hz

　　fr

　　试验频率

　　试验机所施加的单位时间内的振动次数

　　Hz

　　F1

　　最小载荷

　　变载荷中的最小谷值

　　N

　　F2

　　最大载荷

　　变载荷中的最大峰值

　　N

　　Fa

　　载荷幅

　　载荷变化幅度 Fa =(F2 -F1 )/2

　　N

　　Fi

　　初始负荷

　　试验前测试的指定负荷

　　N

　　Fi’

　　试验后负荷

　　试验后测试的指定负荷

　　N

　　Fm

　　平均载荷

　　最大载荷和最小载荷的平均值 Fm =(F1 +F2 )/2

　　N

　　H1

　　试样最大高度或最小长度

　　试验机振动至最小载荷时的试样高度或长度

　　mm

　　H2

　　试样最小高度或最大长度

　　试验机振动至最大载荷时的试样高度或长度

　　mm

　　Ha

　　振幅(位移幅)

　　Ha =(H1 -H2 )/2

　　mm

　　Hm

　　试样平均高度或长度

　　试验机振动至平均载荷时的试样高度或长度

　　mm

　　N

　　循环次数

　　试样在变载荷作用下的载荷循环次数

　　p

　　合格概率

　　弹簧达到合格的概率

　　r

　　循环特征

　　循环变应力的最小应力与最大应力之比

　　εp

　　松弛率

　　试验前后负荷相对损失率

　　τ2

　　最大切应力

　　弹簧对应于最大载荷 F2 的切应力

　　MPa

　　τ1

　　最小切应力

　　弹簧对应于最小载荷 F1 的切应力

　　MPa

　　τm

　　平均切应力

　　弹簧对应于平均载荷 Fm 的切应力

　　MPa

　　τa

　　切应力幅

　　弹簧对应于载荷幅 Fa 的切应力

　　MPa

　　τb

　　压并切应力

　　弹簧压并时的切应力

　　MPa

　　4 试验要求

　　承受变载荷且有疲劳寿命要求的弹簧在用户交验 、新产品定型鉴定 、行业抽检和认证环节中，应进行疲劳性能试验 。试验方式可采用疲劳寿命验证试验或可靠性评定试验两种 。

　　4 . 1 检验机构

　　对于不同的检测 目 的所要求的检测机构和检验报告由供需双方商定 。

　　4 . 2 检验周期

　　根据不同的检测 目 的和要求确定检测周期 。

　　4 . 3 试验循环作用次数

　　对于不同检测 目 的与产品种类，循环作用次数参照表 A. 1 , 或按供需双方协定执行 。

　　4 . 4 弹簧的松弛率

　　经规定循环次数的疲劳试验后，弹簧的松弛率按图样规定 、相应标准规定或有关技术文件 。 当未做规定时，由供需双方商定 。

　　5 试样弹簧

　　5 . 1 试样

　　试样应按规定程序批准的图样 、技术文件制造，并经尺寸和特性检验合格 。

　　2

　　GB/T 16947—2009

　　5 . 2 试样抽取

　　试样应从同一批产品中随机抽取 。

　　5 . 3 试样数量

　　5 . 3 . 1 对于疲劳寿命验证试验，推荐的最少试样数量见表 2 , 当有特殊要求时，试样数量可参照有关规定由检测机构或用户确定 。

　　表 2

　　产品种类

　　试样数量

　　气门弹簧

　　≥1 台套最少 4 件

　　调压弹簧 、柱塞弹簧 、出油阀弹簧 、调速弹簧

　　悬架弹簧 、摩托车减振器弹簧

　　液压件弹簧 、离合器弹簧

　　承受变载荷的冷卷拉伸弹簧 、压缩弹簧

　　承受变载荷的热卷压缩弹簧

　　≥1 件

　　注 ：台套指配套主机使用弹簧的数量 。

　　5 . 3 . 2 对于可靠性评定试验，根据对可靠度 R水平的要求，按表 B. 1 确定试样数量 。

　　6 试验条件

　　6 . 1 试验机

　　6 . 1 . 1 推荐采用机械式或电液伺服试验机，也可安装在配套主机上进行 。

　　6 . 1 . 2 试验机位移精度应满足试验要求 。

　　6 . 1 . 3 试验机的频率应在一定范围内可调 。

　　6 . 1 . 4 试验机一般具备试验时间或次数预置 、自动计时或计数 、到时自动停机等功能 。

　　6 . 2 试验频率

　　6 . 2 . 1 试验频率可根据试验机的频率范围和弹簧实际工作频率等情况确定 。 除随机载荷试验外，整个试验过程中试验频率应保持稳定 。

　　6 . 2 . 2 试验频率 fr 应避开单个弹簧的固有自振频率 f，一般应满足如下关系式：

　　……………………………………( 1 )

　　式中钢制弹簧固有频率 f按下式计算：

　　f

　　6 . 3 试验振幅

　　振幅分为位移幅(Ha )和载荷幅(Fa ) 。对于螺旋弹簧的疲劳寿命验证试验与可靠性评定试验一般使用位移幅作为试验振幅 。

　　6 . 4 试验环境

　　试验一般在室温下进行，但试验时试样的温升应不高于 100 ℃ 。另有特殊要求时由供需双方商定 。

　　7 试验程序

　　7 . 1 试样的安装

　　7 . 1 . 1 试样的正确安装

　　为了避免试样的受载偏心和附加应力，压缩弹簧试样安装时要保证试样两端平整接触，应将试样安放在固定的支座上;拉伸弹簧试样的安装应满足工况要求 。

　　7 . 1 . 2 试验最大高度(或最小长度)

　　对定型的产品，试样试验的最大高度(或最小长度)为实际使用要求的最大高度 H1(或最小长度);

　　3

　　GB/T 16947—2009

　　对于鉴定和试验研究的产品，试样试验的最大高度(或最小长度)按相应标准规定或按鉴定与试验大纲规定进行 。

　　7 . 1 . 3 试验最小高度(或最大长度)

　　对定型的产品，试样试验的最小高度(或最大长度)为实际使用要求的最小高度 H2(或最大长度);对于鉴定和试验研究的产品，试样试验的最小高度(或最大长度)按相应标准规定或按鉴定与试验大纲规定执行 。

　　7 . 1 . 4 试验平均高度(或长度)

　　对定型的产品，试样的试验平均高度(或长度)为实际使用工况的最大高度 H1(或最小长度)与最小高度 H2(或最大长度)二者之和的平均值;对进行鉴定和试验研究的产品，试样的试验平均高度(或长度)按相应标准要求，或按鉴定与试验大纲规定执行 。

　　7 . 1 . 5 安装高度允许偏差

　　用多工位试验机，或者多台试验机同时对一批试样进行试验时，应将试样调整到同样的试验安装高度(或长度)，其最大允许偏差为 3% Ha 。

　　7 . 2 加载

　　7 . 2 . 1 无特殊要求时，按试验机的加载程序与方法进行加载 。

　　7 . 2 . 2 在必要的情况下，可模拟产品实际负载条件编制加载程序 。

　　7 . 3 运转

　　7 . 3 . 1 试验机应平稳起动，避免冲击现象发生 。

　　7 . 3 . 2 试验机一般应连续运转，中途由于故障 、测量 、调整或其他原因暂停运转时，应在记录中 详 细记载 。

　　7 . 4 记录

　　试验时，应对试验条件及每个试样做出详细记录，具体内容与要求参见表 C. 1 和表 C. 2 。

　　8 试验数据处理和结果评定

　　8 . 1 基本性能参数的确定与计算

　　8 . 1 . 1 试样工作应力 、刚度与变形量的计算

　　试样工作应力 、刚度和变形量按 GB/T 23935 中相应公式计算 。

　　8 . 1 . 2 松弛率的计算

　　试样的松弛率一般以试样试验后负荷损失百分数表示，经疲劳试验后的松弛率 εp 按下式计算：

　　εp = ’× 100% ……………………………………( 3 )

　　8 . 2 失效模式的选择

　　试样在疲劳试验时，失效模式分为断裂和因松弛丧失规定功能两种 。根据弹簧的功能要求，可选择其中一项或两项作为考核疲劳寿命的失效模式 。

　　8 . 3 疲劳寿命验证试验

　　8 . 3 . 1 疲劳寿命的确定

　　在给定的失效模式与条件下，所试验的试样共同达到的最大循环次数即为弹簧的疲劳寿命 。

　　8 . 3 . 2 疲劳寿命的验证

　　经给定的循环次数试验后，如所试验的试样均未发生失效则弹簧的疲劳寿命验证试验通过 。

　　8 . 4 可靠性评定试验

　　8 . 4 . 1 评定原理

　　一批产品，设其达到合格的概率为 p，则失效的概率为 1-p。 随机抽取 n个试样，合格数 x≥r的概率(可靠度)为：

　　4

　　GB/T 16947—2009

　　n

　　Rpx …………………………

　　x=r

　　式中

　　(0(n)) = 1

　　根据上式计算出试样数 n=1 ~ 50 , 合格数 r≥n/2 , 合格概率 p≥1/2 时的可靠度见表 B. 1 。

　　8 . 4 . 2 可靠性水平的确定

　　对取定的 n个试样，在给定的试验条件下试验，按要求的失效模式与条件判定得到合格数 r后，查阅表 B. 1 即可得到相应的可靠度 R估值 。

　　8 . 4 . 3 可靠性验证

　　依据给定的可靠度目标值，按表 B. 1 确定适宜的试样数 n，在指定的失效模式与条件下试验 。如得到的合格数大于表 B. 1 中所要求的最低合格数r，则可靠性验证试验通过，反之则为不通过 。

　　5

　　GB/T 16947—2009

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　循环作用次数参照表

　　循环作用次数参照表见表 A. 1 。

　　表 A.1 循环作用次数参照表

　　产品种类

　　检测 目 的

　　定型鉴定

　　行业抽检 、用户交验

　　认证

　　气门弹簧

　　(1 ~ 3) × 10 7

　　(1 ~ 2 . 3) × 10 7

　　(1 ~ 3) × 10 7

　　悬架弹簧

　　(2 . 5 ~ 10) × 10 5

　　(2 ~ 10) × 10 5

　　(3 ~ 10) × 10 5

　　摩托车减振器弹簧

　　(2 ~ 5) × 10 5

　　(2 ~ 5) × 10 5

　　(2 ~ 5) × 10 5

　　调压弹簧 、柱塞弹簧

　　1 × 10 7

　　1 × 10 7

　　1 × 10 7

　　液压件弹簧

　　(1 ~ 10) × 10 6

　　(1 ~ 10) × 10 6

　　(1 ~ 10) × 10 6

　　离合器弹簧

　　(1 ~ 3) × 10 6

　　(1 ~ 3) × 10 6

　　(1 ~ 3) × 10 6

　　注：选取作用次数时应考虑材质 、应力水平等因素 。

　　6

　　GB/T 16947—2009

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　可靠度 R估值计量表

　　可靠度 R估值计量表见表 B. 1 。

　　表 B.1 可靠度 R估值计量表 %

　　试

　　样

　　数

　　n

　　合 格 数 r

　　1

　　2

　　3

　　4

　　5

　　6

　　7

　　8

　　9

　　10

　　11

　　12

　　13

　　14

　　15

　　16

　　17

　　1

　　50 . 5

　　2

　　25 . 0

　　75 . 0

　　3

　　50 . 0

　　87 . 5

　　4

　　31. 3

　　68 . 7

　　93 . 7

　　5

　　50 . 0

　　81 . 0

　　97 . 0

　　6

　　34 . 4

　　65 . 5

　　89 . 0