Độ lún dài (set) và gia nhiệt trước: Vì sao lò xo yếu đi mà không hề mềm hơn

**Set là biến dạng vĩnh viễn do quá tải.** Khi đẩy một lò xo vượt qua điểm mà dây thép chảy dẻo do xoắn, dây sẽ không trở lại hoàn toàn. Lò xo lúc này ngắn hơn. Độ cứng (rate) của nó không đổi, vì độ cứng phụ thuộc vào hình học và mô đun đàn hồi, và cả hai đều không thay đổi. **Set xuất hiện trước tiên ở bên trong cuộn dây**, vì chính lý do mà bậc thang chỉ số đã nêu: đó là nơi ứng suất cao nhất. Vì vậy set bắt đầu xuất hiện rất lâu trước khi ứng suất trung bình đạt đến giới hạn chảy. **Ba cách lò xo bị quá tải.** *Một lần, mạnh.* Ai đó ép lò xo đến mức đặc hoàn toàn, hoặc cơ cấu được lắp ráp với lò xo bị nén nhiều hơn mức thiết kế cho phép. Một sự kiện duy nhất, toàn bộ set xảy ra cùng lúc. *Chậm rãi, ở nhiệt độ cao.* Thép bị chùng ứng suất dưới tác dụng của ứng suất kéo dài, và nhanh hơn khi nhiệt độ tăng. Một lò xo được giữ nén ở nơi nóng sẽ mất lực trong nhiều tháng. Đây là lý do các thông số kỹ thuật của lò xo thường ghi nhiệt độ làm việc tối đa, và vì sao lò xo van động cơ khác hẳn lò xo cửa. *Lặp đi lặp lại, ngay dưới giới hạn chảy.* Nhiều chu kỳ gần giới hạn sẽ tích lũy một chút set sau mỗi lần. Chiều dài tự do giảm dần rồi ổn định. **Set NOT là gì.** Nó không phải là mỏi — mỏi làm nứt và gãy, còn set chỉ làm lò xo ngắn lại. Nó cũng không phải là mài mòn. Và không phải là ăn mòn, dù ăn mòn làm mọi thứ khác tồi tệ hơn. **Và nó không phải lúc nào cũng xấu.** Việc thực hiện có chủ đích này trong nhà máy là nội dung của bước 3.

**Mẹo.** Làm lò xo dài hơn mức cần thiết, sau đó nén hết cỡ, giữ lại, rồi thả ra. Lò xo sẽ tạo độ biến dạng vĩnh viễn ngay lúc đó, trong nhà máy, và trở lại chiều dài tự do như mong muốn ban đầu. Tên thương mại của việc lặp lại thao tác này là **scragging**. **Lợi ích.** Có hai điều. Thứ nhất, lò xo không thể tạo thêm độ biến dạng vĩnh viễn khi đang làm việc, vì nó đã đạt hết mức biến dạng ứng với ứng suất đó, nên chiều dài tự do của nó giờ đã ổn định. Thứ hai, và ít hiển nhiên hơn, việc làm chảy các lớp bề mặt để lại một **ứng suất dư** trong dây có dấu ngược với ứng suất làm việc. Tải trọng khi vận hành phải vượt qua phần ứng suất dư này trước khi gây hư hại, nên lò xo có thể chịu an toàn ứng suất làm việc cao hơn so với lò xo chưa được đặt trước làm từ cùng vật liệu. **Chi phí.** Phôi dài hơn, thêm một công đoạn, và chiều dài tự do cuối cùng trở thành kết quả chứ không phải thông số cài đặt, nên phải đo và điều chỉnh chiều dài phôi cho đến khi đạt yêu cầu. Với sản xuất hàng loạt, đây là chi phí thiết lập; với sản phẩm làm một lần thì chỉ là ước đoán. **Khi nào quan trọng.** Bất cứ nơi nào lò xo chịu ứng suất cao và phải giữ lực ổn định: lò xo van, lò xo ly hợp, và mọi lò xo được nén sẵn trong suốt vòng đời của cụm chi tiết. Lò xo tiêu chuẩn dùng chung thường không được đặt trước, đó là một lý do lò xo catalogue bị trôi lực trong khi lò xo chế tạo riêng thì không. **Hướng tác dụng quan trọng.** Đặt trước chỉ có tác dụng theo hướng đã thực hiện. Lò xo nén được đặt trước bằng cách ép sẽ bền hơn khi nén nhưng không tốt hơn theo chiều ngược lại. Vì vậy, lò xo chịu tải theo cả hai chiều không thể đặt trước, và đó là một lý do lò xo làm việc qua điểm không là bài toán thiết kế khó hơn. **Không đặt trước tại hiện trường.** Ép một lò xo đã lắp đặt đến hết cỡ để 'đặt' nó sẽ làm mất chiều dài tự do mà bạn không muốn mất và làm giảm lực mà bạn cần. Đây là công đoạn trong nhà máy trên phôi quá khổ, không phải là sửa chữa.

**Vận hành lò xo ở một phần nhỏ của ứng suất cho phép.** Đây là biện pháp bảo hiểm rẻ nhất hiện có. Một lò xo ở mức 40% ứng suất cho phép sẽ giữ nguyên chiều dài vô thời hạn ở nhiệt độ phòng; ở mức 80% thì nó sẽ bị trôi. **Cho nó một hành trình làm việc dài.** Cuốn sổ ghi chú đưa ra lập luận: cùng một độ biến dạng dư tuyệt đối sẽ tốn ít lực hơn nhiều khi hành trình làm việc lớn. Lò xo dài và mềm giữ được lực của chúng; lò xo ngắn và cứng thì không. **Lắp một chốt chặn.** Nếu không có gì có thể ép lò xo đến trạng thái đặc (nén hết), nó sẽ không thể bị biến dạng dư do một sự kiện quá tải duy nhất. Đây thường là thay đổi rẻ hơn so với việc đổi sang lò xo tốt hơn. **Kiểm tra nhiệt độ một cách trung thực.** Không phải nhiệt độ môi trường xung quanh — mà là nhiệt độ của chính lò xo, vốn có thể đang tiếp xúc với vật nóng. Lò xo thép carbon thường bị giới hạn khoảng 120 °C khi chịu tải liên tục; trên mức đó, vật liệu phải được thay đổi sang hợp kim crôm-silic hoặc crôm-vanađi, hoặc thép không gỉ, hoặc Inconel cho các trường hợp nhiệt độ thực sự cao. Độ cứng (hệ số độ cứng) cũng giảm nhẹ theo nhiệt độ, vì mô đun đàn hồi giảm. **Chỉ định lò xo đã được gia tải trước (preset) ở những nơi cần thiết**, và ghi rõ điều đó trên bản vẽ — 'preset to solid' (gia tải trước đến trạng thái đặc) là một chỉ dẫn sản xuất, không phải là mong muốn. **Và ghi lại chiều dài tự do khi lắp đặt.** Ghi chép lại, trên hồ sơ của máy. Điều này biến một tranh luận trong tương lai về việc lò xo có bị yếu đi hay không thành một phép đo và một phép trừ, đó chính là toàn bộ nội dung của bậc thang này.