A nyomó- és húzórugók pontos tervezése során a nyomóerő-feszültség kiszámítása a szilárdsági ellenőrzés központi eleme. Ez mutatja, hogy a ráható erők milyen mértékben terhelik a rugó anyagát, és így fontos alapot képez a rugó mechanikai terhelhetőségéhez, működési biztonságához és élettartamához. A nyomórugók esetében a rugóhuzalban ható tengelyirányú nyomóerő lényegében torziós feszültséggé alakul át.
Table of Contents
Nyírófeszültség nyomórugóknál
A nyomórugókban a rugóhuzalban ható axiális nyomóerő lényegében torziós feszültséggé alakul át. A nyomórugóra ható statikus vagy kvázistatikus terhelés alatt a keletkező nyírófeszültség τ a következőképpen számítható ki.
Nyírófeszültség-kompressziós rugó az erőtől:
\Large\tau=\frac{8DF}{\pi d^{3}}Nyírófeszültség Nyomórugó az elmozdulásból:
\Large\tau=\frac{Gds}{\pi nD^{2}}
A nyomórugó dinamikus terhelése esetén a korrigált nyírófeszültségτk érvényes. A nyírófeszültség eloszlása a rugó huzal keresztmetszetében egyenetlen; a legnagyobb feszültség a rugó belső átmérőjénél jelentkezik. A k feszültségkorrekciós tényezővel, amely a rugó tekercselési arányától (az átlagos átmérő és a huzalvastagság arányától) függ, megközelítőleg meghatározható a legnagyobb feszültség. Dinamikusan terhelt rugók esetében tehát a következő érvényesül:
Korrigált nyírófeszültségű nyomórugó:
\Large \tau_{{\kappa}}= \kappa \cdot \tauahol k-ra a következő érvényes (Bergsträsser szerint): \Large \kappa=\frac{\frac{D}{d}+0,5}{\frac{D}{d}-0,75}
Most az összehasonlítást a megengedett feszültséggel végezzük.
A nyomórugó megengedett feszültsége:
\Large \tau_{{zul}}= 0,5 \cdot R_{{m}}vagy.
\Large \tau_{{czul}}=0,56\cdot R_{{m}}
A. ÉrtékeiMinimális R szakítószilárdság m a huzal vastagságától függenek, és megtalálhatók a megfelelő anyagok szabványaiban.
Rendszerint lehetővé kell tenni a nyomórugók tömörítési hosszáig történő összenyomását, ezért a blokkhossznál megengedett feszültség t czul megfontolni.
Dinamikus terhelés esetén meg kell határozni a megfelelő lökethossz alsó és felső feszültségét (tk1éstk2). A kettő közötti különbség a lökethossz-feszültség. Sem a felső feszültség, sem a lökethossz-feszültség nem haladhatja meg a vonatkozó megengedett értékeket. Ezeket az EN 13906-1:2002 szabvány tartós szilárdsági diagramjaiból lehet leolvasni. Ha a feszültségek megfelelnek ennek az összehasonlításnak, a rugó tartósan szilárd,107-es határterhelési ciklusszám mellett.
Nyírófeszültség húzórugóknál
Amikor egy húzórugót statikus vagy kvázistatikus terhelés ér, a meglévő nyírófeszültséget τ a következőképpen számítjuk ki.
Nyírófeszültség:
\Large \tau=\frac{8DF}{\pi d^{3}}
A húzórugó dinamikus terhelése esetén nem lehet általános érvényű tartóssági értékeket megadni, mivel a fülök hajlítási pontjain további feszültségek léphetnek fel, amelyek részben meghaladhatják a megengedett feszültségeket. A húzórugókat ezért lehetőség szerint csak statikus terhelésnek szabad kitenni. Ha a dinamikus terhelés elkerülhetetlen, akkor kerülni kell a hajlított szemeket, és tekert vagy becsavarozott végdarabokat kell használni. Célszerű egy élettartam-tesztet elvégezni a későbbi üzemeltetési körülmények között. A szoros egymás mellett elhelyezkedő tekercsek miatt a golyósugárzással történő felületi megkeményítés nem kivitelezhető.
Korrigált nyírófeszültség:
\Large \tau_{{\kappa}}=\kappa\cdot\tauMegengedett feszültség:
\Large \tau_{{zul}}=0,45 \cdot R_{{m}}
A legnagyobb rugóút(sn) esetén fennálló maximális feszültséget (tn) egyenlőnek tekintik a megengedett feszültséggel. A relaxáció elkerülése érdekében azonban a gyakorlatban ennek a rugóútnak csupán 80%-át szabad kihasználni.
\Large s_{{2}}= 0,8 \cdot s_{{n}}
A képletjelek magyarázata
d = huzalátmérő (mm)
D = átlagos tekercsátmérő (mm)
F = rugóerő (N)
G = nyúlási modulus (N/mm²)
n = rugózó tekercsek száma (db)
Rm = minimális szakítószilárdság (N/mm²)
s = rugóút (mm)
τ = nyírófeszültség (N/mm²)
τzul = megengedett nyírófeszültség (N/mm²)
τczul = megengedett nyírófeszültség a rugóblokk hosszánál (N/mm²)
További információk: