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$FL和力矩MU產(chǎn)生，這種附加力的存在必然要引起彈簧某些點應力的增加，其增加值定義為附加應力$S.另外從應力測量試驗中更加可直觀發(fā)現(xiàn)有附加應力的存在。在有效圈某一圈內(nèi)壁表面四周等間隔貼上若干片應變片，測量在PV作用下的剪切應力，理論上各片應力值應基本相等。但在測量試驗中發(fā)現(xiàn)應力沿周向分布很不均勻，特別是有效圈的端圈(第一有效)最大應力比平均應力要高出約30%(僅指某一試驗彈簧)，同圈內(nèi)各點應力的平均值基本等于理論計算應力值(作用載荷PV)。
很顯然，造成應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)圈彈簧引起的應力分布不均勻程度高，使得按等強度設計出來的彈簧組總成的內(nèi)圈彈簧有效端圈中局部點應力較高，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。
彈簧附加應力附加力是如何影響彈簧產(chǎn)生附加應力以及造成應力分布不均的原因需從力學機理上進行分析。當彈簧僅受軸向載荷PV作用，其端部不作用其他力時，彈簧剪切應力為S=16PV×<(4C-1)/(4C-4)+0.615/C>×(1)附加應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.如不考慮附加應力，A點的平均工作應力為SA，垂向載荷動載系數(shù)為A，則應力循環(huán)特征值r1=(SA-SAA)/(SA+SAA)=(1-A)/(1+A)考慮附加應力時，A點平均工作應力SA+$SA，垂向載荷動載系數(shù)同樣為A，則應力循環(huán)特征值r2=(SA+$SA-SAA)/(SA+$SA+SAA)設$SA=B$SA，則r2=(1+B-A)/(1+B+A)。
從材料的疲勞Goodman曲線分析，疲勞應力幅不變，平均應力提高，彈簧的疲勞壽命要縮短。無附加應力時，處于“1”點位置，而有附加應力時，平均應力增加，保持應力幅不變，位置向曲線靠近處于“2”點，但若增加平均應力達一定程度，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，附加應力提高了工作平均應力，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，應盡可能保證彈簧的垂直度和平行度，減小附加應力的產(chǎn)生。(2)從設計角度，盡量避免設計多圈式結(jié)構(gòu)彈簧。受條件限制不得已情況下，設計時內(nèi)圈彈簧的工作應力應低于外圈彈簧10%～15%，以減少細長彈簧因穩(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)采用預應力技術(shù)強壓彈簧，生產(chǎn)制造過程中人為控制讓彈簧產(chǎn)生殘余應力，彈簧工作時，抵消部分工作應力，使得彈簧的實際應力降低。(5)軸箱彈簧設計時，還需考慮軸箱相對應的構(gòu)架橫向和縱向的水平向位移帶來的應力增加，對于高速機車車輛懸掛彈簧尤其要引起注意。
