Sprężyna naciskowa ze stali sprężynowej, prosty wzór na naprężenie skręcające τ = 8FD/(πd³) dał wynik wyraźnie poniżej dopuszczalnego naprężenia materiału, z zapasem. Mimo to sprężyna pękła po kilku tysiącach cykli pracy w miejscu przylegania do wewnętrznej strony zwoju. Materiał był z atestu, więc wykluczam wadę surowca.
Ten wzór, którego użyłeś, jest niekompletny — pomija dwa efekty, które razem potrafią podnieść RZECZYWISTE naprężenie o 10–40% ponad to, co on liczy, i to zawsze w tę samą, niebezpieczną stronę.
Pierwszy efekt to prostą ścinanie od siły F działającej na przekrój drutu — to jest DODATKOWY składnik naprężenia, którego wzór 8FD/(πd³) w ogóle nie uwzględnia, bo liczy tylko skręcanie od momentu F·D/2.
Drugi, zwykle większy, to KRZYWIZNA drutu. Włókno na wewnętrznej stronie zwoju jest ciaśniej zakrzywione niż na zewnętrznej, więc naprężenie rozkłada się nierównomiernie po przekroju — wewnętrzna strona niesie więcej niż średnia. To dokładnie pasuje do Twojego opisu miejsca pęknięcia.
Oba efekty razem ujmuje współczynnik Wahla:
K = (4C−1)/(4C−4) + 0,615/C, gdzie C = D/d (wskaźnik sprężyny)
i poprawne naprężenie to τ = K · 8FD/(πd³) — nie sam wzór "prosty". Współczynnik rośnie, gdy sprężyna jest ciaśniej nawinięta (mały C) — czyli im "grubsza" sprężyna względem drutu, tym mniejsza poprawka, i odwrotnie: cienki drut na dużej średnicy zwoju (mały wskaźnik C) jest nieproporcjonalnie bardziej obciążony, niż sugeruje prosty wzór.
Przy pracy cyklicznej (Twój przypadek — kilka tysięcy cykli) ten pominięty zapas dodatkowo zjada margines do granicy zmęczeniowej, więc pęknięcie zmęczeniowe w dokładnie tym miejscu, które opisujesz, jest typowym obrazem tego błędu, a nie wady materiału.
[Kalkulator sprężyny naciskowej](/kalkulatory/sprezyna-naciskowa) liczy oba naprężenia — z poprawką i bez — jedno obok drugiego, żeby było widać różnicę.
Tylko autor pytania może oznaczyć rozwiązanie.
Zaloguj się, aby odpowiedzieć
Zaloguj sięKalkulatory, materiały, pytania z forum i firmy