Модели прочностной надежности пружин.

В качестве материала пружин используются высокоуглеродистые и легированные стали, термообработанные на высокий предел прочности Они характеризуются сравнительно малой пластичностью. В качестве критерия разрушения можно принять максимальные растягивающие напряжения при напряженном состоянии типа кручения или сдвига

Модель прочностной надежности пружин при статических нагрузках имеет

где — предел прочности материала, — запас статической прочности. Обычно при расчете пружип принимают

Величина предела прочности зависит от диаметра проволоки; при уменьшении диаметра проволоки возрастает.

Модель прочностной надежности пружип при циклических нагрузках. При числе циклов нагружений опасным становится усталостное разрушение. Условие усталостной прочности имеет вид

где - амплитуда переменных напряжений и постоянное напряжение в момент разрушения; — предел выносливости для касательных напряжений; — эффективный коэффициент концентрации напряжений, коэффициент поверхности и масштабный фактор; — коэффициент влияния постоянных напряжений. При подобии рабочего и предельного циклов имеем

где — наибольшие переменные и постоянные напряжения в рабочих условиях, — запас по подобному циклу. Из соотношений (54) и (55) находим

При возрастании только переменной части напряжений;

яолучаем из соотношений (54) и (57)

Запас по переменным напряжениям применяется в тех случаях, когда имеется опасность усталостных разрушений пружин вследствие резонансных явлений. Если внешняя нагрузка циклически изменяется от до , то

где

Так как «концентрация напряжений» отражена в величинах то ее дополнительный учет не требуется — можно принять в равенствах (56) и . Величина при наличии упрочняющей обработки (например, обдувки микрошариками) принимается равной . Влияние чистоты поверхности, коррозии и других факторов на величину указывалось в разд. 16.

Масштабный фактор 8 принимается по формулам разд. 16, . Запас прочности по подобному циклу запас по переменным напряжениям .

Замечание. Возрастание касательных напряжений на внутренних волокнах (в окрестности точки А) носит плавный характер и только условно относится к концентрации напряжений. В сущности, коэффициент вводится скорее как приближенная поправка к простым формулам для прямого бруса, позволяющего избегать более точного, но громоздкого расчета.