设定与预压缩：为何弹簧会变弱却并未变软

**永久变形（set）是由过载引起的永久性变形。** 将弹簧推过线材在扭转下屈服的点后，线材不会完全回弹。此时弹簧变短了。其刚度不变，因为刚度取决于几何形状和弹性模量，而这两者都未改变。 **它首先发生在线圈内侧**，原因与索引梯级所说的完全相同：那里的应力最高。因此，永久变形早在平均应力达到屈服点之前就已开始。 **弹簧过载的三种方式。** *一次性剧烈过载。* 有人将其完全压死，或者机构装配时弹簧被压缩得超过了设计预期。一次事件，所有永久变形一次产生。 *高温下缓慢发生。* 钢材在持续应力下会松弛，温度越高松弛越快。长期处于高温环境中压缩状态的弹簧，会在数月内损失力值。这就是弹簧规格中要规定最高使用温度的原因，也是发动机气门弹簧与门用弹簧截然不同的原因。 *在略低于屈服点的情况下反复加载。* 在接近极限值的条件下多次循环，每次都会累积少量永久变形。自由长度逐渐缩短，随后趋于稳定。 **永久变形是NOT。** 它不是疲劳——疲劳会导致开裂和断裂，而永久变形只会使弹簧变短。它也不是磨损，更不是腐蚀，尽管腐蚀会让其他一切变得更糟。 **而且它并不总是有害的。** 在工厂中有意进行这一操作，是第3步的内容。

**诀窍所在。** 将弹簧的自由长度做得比实际需要的更长，然后将其压至完全并口（压并）、保持片刻，再释放。弹簧会在工厂里一次性完成永久变形，并回到实际所需的自由长度。反复进行这一操作的行业术语是**强压处理（scragging）**。 **它带来什么。** 有两点好处。第一，弹簧在该应力下已经完成了它会产生的全部永久变形，因此在使用中不会再产生变形，其自由长度也就稳定了。第二，虽然不那么直观，但使表层材料屈服会在钢丝中留下一种与工作应力符号相反的**残余应力**。使用载荷必须先克服这一残余应力，才会造成任何损伤，因此经过预压的弹簧可以安全地承受比同种材料未经预压的弹簧更高的工作应力。 **它的代价。** 需要更长的毛坯、多一道工序，而且最终自由长度变成了结果而非设定值，因此必须测量，并调整毛坯长度直至合格。在批量生产中，这只是一项设置成本；而对于单件产品，则只能靠经验估算。 **何时重要。** 凡是弹簧承受高应力且必须保持其力值的场合：气门弹簧、离合器弹簧，以及在整个装配寿命期内都需要预紧的任何弹簧。通用型样本弹簧通常未经预压处理，这也是样本弹簧会出现漂移、而专门定制的弹簧却不会的原因之一。 **方向至关重要。** 预压处理只对其施加的方向有效。通过压缩进行预压的压缩弹簧，在压缩方向上更强，但在反方向上并无改善。因此，需要双向受载的弹簧无法进行预压处理，这也是经过零点循环加载的弹簧属于更难设计的问题的原因之一。 **切勿在现场预压。** 将已安装的弹簧压至并口以“使其定型”，会损失您不希望损失的自由长度，并放弃您所需的弈力。这是针对过大毛坯的工厂作业，而非维修手段。

**使弹簧在远低于其许用应力的工况下工作。** 这是最便宜的保险措施。在室温下，承受许用应力40%的弹簧长期可保持其长度不变；承受80%的弹簧则会逐渐发生塑性漂移。 **采用较长的工作变形量。** 笔记中已说明其道理：当工作变形量较大时，相同的绝对永久变形所造成的力损失要小得多。长而柔软的弹簧能保持其弹力；短而刚硬的弹簧则不能。 **加装限位件。** 如果没有任何东西能将弹簧压至并圈，那么单次过载事件就无法使其产生永久变形。这通常比更换更好的弹簧成本更低。 **如实核查温度。** 不是环境温度，而是弹簧自身的温度，因为它可能紧贴着某个热源。碳钢弹簧在持续载荷下通常限于约120 °C；超过此温度，就必须更换材料，改用铬硅或铬钒合金，或不锈钢，对于真正的高温工况则用Inconel。弹簧刚度也会随温度略有下降，因为弹性模量随之降低。 **在关键处规定预压弹簧，** 并在图纸上注明——“预压至并圈”是一项制造指令，而非愿望。 **并在装配时记录自由长度。** 将其写下并存入设备记录。这样一来，关于弹簧是否已经变弱的未来争论，就转化为一次测量和一次减法运算，而这正是本阶段的全部要点。