從模擬試驗中可得出：彈簧受載荷PV作用后，其端部有附加的水平力$FL和力矩MU產(chǎn)生，這種附加力的存在必然要引起彈簧某些點應(yīng)力的增加，其增加值定義為附加應(yīng)力$S.另外從應(yīng)力測量試驗中更加可直觀發(fā)現(xiàn)有附加應(yīng)力的存在。在有效圈某一圈內(nèi)壁表面四周等間隔貼上若干片應(yīng)變片，測量在PV作用下的剪切應(yīng)力，理論上各片應(yīng)力值應(yīng)基本相等。但在測量試驗中發(fā)現(xiàn)應(yīng)力沿周向分布很不均勻，特別是有效圈的端圈(第一有效)最大應(yīng)力比平均應(yīng)力要高出約30%(僅指某一試驗彈簧)，同圈內(nèi)各點應(yīng)力的平均值基本等于理論計算應(yīng)力值(作用載荷PV)。
很顯然，造成應(yīng)力分布不均的主要因素來自于彈簧兩端所受附加力的作用。多圈式結(jié)構(gòu)軸箱彈簧中的小彈簧與外圈大彈簧比，其彎曲剛度小，穩(wěn)定性差，造成附加力對內(nèi)圈彈簧引起的應(yīng)力分布不均勻程度高，使得按等強度設(shè)計出來的彈簧組總成的內(nèi)圈彈簧有效端圈中局部點應(yīng)力較高，降低了彈簧的疲勞壽命，發(fā)生內(nèi)圈折斷的概率比外圈大。
彈簧附加應(yīng)力附加力是如何影響彈簧產(chǎn)生附加應(yīng)力以及造成應(yīng)力分布不均的原因需從力學(xué)機理上進行分析。當(dāng)彈簧僅受軸向載荷PV作用，其端部不作用其他力時，彈簧剪切應(yīng)力為S=16PV×<(4C-1)/(4C-4)+0.615/C>×(1)附加應(yīng)力對彈簧疲勞壽命的影響從文獻<2>中可知，附加力對彈簧產(chǎn)生的附加應(yīng)力影響最大的地方發(fā)生在彈簧上下有效端圈的某點A.如不考慮附加應(yīng)力，A點的平均工作應(yīng)力為SA，垂向載荷動載系數(shù)為A，則應(yīng)力循環(huán)特征值r1=(SA-SAA)/(SA+SAA)=(1-A)/(1+A)考慮附加應(yīng)力時，A點平均工作應(yīng)力SA+$SA，垂向載荷動載系數(shù)同樣為A，則應(yīng)力循環(huán)特征值r2=(SA+$SA-SAA)/(SA+$SA+SAA)設(shè)$SA=B$SA，則r2=(1+B-A)/(1+B+A)。
從材料的疲勞Goodman曲線分析，疲勞應(yīng)力幅不變，平均應(yīng)力提高，彈簧的疲勞壽命要縮短。無附加應(yīng)力時，處于“1”點位置，而有附加應(yīng)力時，平均應(yīng)力增加，保持應(yīng)力幅不變，位置向曲線靠近處于“2”點，但若增加平均應(yīng)力達(dá)一定程度，則位置將處于曲線外側(cè)“3”點，壽命次數(shù)小于N次。“1”點和“2”點雖然都滿足N次循環(huán)壽命，但“2”點顯然安全系數(shù)要比“1”點小得多。由此可見，附加應(yīng)力提高了工作平均應(yīng)力，帶來疲勞壽命的縮短或安全系數(shù)的降低。
改善措施(1)從工藝制造角度，應(yīng)盡可能保證彈簧的垂直度和平行度，減小附加應(yīng)力的產(chǎn)生。(2)從設(shè)計角度，盡量避免設(shè)計多圈式結(jié)構(gòu)彈簧。受條件限制不得已情況下，設(shè)計時內(nèi)圈彈簧的工作應(yīng)力應(yīng)低于外圈彈簧10%～15%，以減少細(xì)長彈簧因穩(wěn)定性差而過早斷裂情況的發(fā)生。(3)對于多圈結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的小彈簧選用高強度材料，采用先進制造工藝，以提高疲勞強度。(4)采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)強壓彈簧，生產(chǎn)制造過程中人為控制讓彈簧產(chǎn)生殘余應(yīng)力，彈簧工作時，抵消部分工作應(yīng)力，使得彈簧的實際應(yīng)力降低。(5)軸箱彈簧設(shè)計時，還需考慮軸箱相對應(yīng)的構(gòu)架橫向和縱向的水平向位移帶來的應(yīng)力增加，對于高速機車車輛懸掛彈簧尤其要引起注意。
