Welche Faktoren würden die Lebensdauer einer Feder beeinträchtigen, abgesehen von der Beanspruchung?
Wird die Federkonstante (k) durch hohe Zyklen (z. B. 100.000 Lade- / Entladezyklen) und hohe Geschwindigkeit (100 ms / Zyklus) beeinflusst? Was bedeutet es, wenn die Federkonstante nach 1 Million Zyklen abnimmt oder zunimmt (bedeutet es, dass die Feder ihre Lebensdauer erreicht hat oder sich verschlechtert oder ...)?
Beachten Sie, dass die Feder unter angemessener Krafteinwirkung steht.
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Travis T
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Antworten:
Wie in den Kommentaren erwähnt, können Federkonstruktionen und -materialien stark variieren, was eine Verallgemeinerung schwierig macht.
Wenn wir jedoch Stahlfedern berücksichtigen, die sehr häufig vorkommen, müssen einige Faktoren berücksichtigt werden.
Erstens sollte eine Feder, wenn sie richtig spezifiziert ist, niemals ihre Elastizitätsgrenze überschreiten. Wenn dies jedoch geschieht, kann sich ihre Geschwindigkeit aufgrund von Kaltverfestigung sehr gut ändern, und ein frühes Versagen ist sehr wahrscheinlich.
Für eine Feder, die innerhalb der Spezifikation arbeitet, ist Ermüdung eine mögliche Ursache für ein Versagen. Dies tritt über eine große Anzahl von Zyklen innerhalb der Elastizitätsgrenze auf, da kleine lokale Spannungskonzentrationen zu lokaler Überlastung und allmählichem Risswachstum führen, bis der Riss eine kritische Länge erreicht und sich dann sehr ausbreitet schnell. Das allmähliche Risswachstum wirkt sich nur geringfügig auf die Leistung eines Teils aus, da sich sein Querschnitt geringfügig verringert.
Bestimmte Werkstoffe haben eine Ermüdungsgrenze. Dies ist eine Belastung, bei der eine große Anzahl von Zyklen zum Versagen führt. Einige Werkstoffe haben eine Ermüdungsgrenze, die nahe genug an der Streckgrenze liegt, so dass Ermüdung nicht berücksichtigt werden muss.
Ermüdungsfehler werden statistisch prognostiziert, sodass Sie sagen können, dass eine bestimmte Feder vor 100.000 Zyklen mit einer Wahrscheinlichkeit von 99% ausfällt und nach 500.000 Zyklen mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% ausfällt, basierend auf experimentellen Daten und empirischen Formeln Kompromiss zwischen den Folgen eines vorzeitigen Ausfalls und den Kosten für den Austausch.
Ein weiteres Problem ist die plastische Verformung, die unterhalb der Elastizitätsgrenze auftritt, wenn konstante Lasten über lange Zeiträume aufgebracht werden.
Sowohl das Kriechen als auch die Ermüdung werden im Allgemeinen aus empirischen Daten berechnet, die für ein bestimmtes Material, ein bestimmtes Herstellungsverfahren und eine bestimmte Komponentenklasse spezifisch sind.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Korrosion und Zersetzung der Umwelt. Metallfedern können unter bestimmten Bedingungen unter Korrosion leiden und Polymere können im Laufe der Zeit aufgrund von UV-Licht und Reaktionen mit Umweltchemikalien zusammenbrechen.
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