Испытание цилиндрической винтовой пружины на сжатие

Цель работы - определить опытным путем осадку пружины и модуль сдвига материала, сравнить полученные данные с результатами теоретического расчета.

Общие сведения

В тракторах, сельскохозяйственных и других машинах широко применяются.винтовые цилиндрические пружины растяжения и сжатия. При проектировании таких пружин необходимо вычислить наибольшее напряжение (для оценка прочности) и деформации - ее удлинение или осадку (для регулирования нагрузки). Материал пружин с малым шагом витков (угол подъема винтовой линия ) под действием сжимающих и растягивающих сил в основном испытывает кручение.

Теоретическую величину осадки пружины (рис. 20) из прутка круглого поперечного сечения определяют по приближенной формуле

где – сила, приложенная вдоль оси пружины; - средний диаметр пружины; - диаметр прутка; - число рабочих витков; - модуль сдвига материала пружины (в расчетах для стали, принимают МПа). При выводе этой формулы не учтено влияние продольных, и поперечных сил, кривизны и наклона витков. Поэтому результаты опыта должны дать возможность оценить пригодность данной формулы для практических расчетов.

Согласно формуле (17) модуль сдвига

здесь , -приращение нагрузки на одну ступень и соответствующее среднее приращение деформации пружины.

Постановка опыта и обработка результатов

Испытаниям подвергают цилиндрическую пружину малых габаритов (клапанную пружину двигателя внутреннего сгорания)

- 25 -

2. Выполните эскиз образца до испытания.

3. Вставьте образец в захваты.

4. Закрепите на образце торсиометр С.В. Бояршинова, замерьте его базу (18) и установите индикатор на нуль.

5. Зарядите диаграммный аппарат бумагой, чернилами, установите требуемый масштаб угла закачивания рукояткой редуктора масштабов. Установите нужный диапазон крутящего момента и нужную скорость вращения активного захвата.

6. Включите машину и электрическую сеть.

7. Установите рабочую стрелку отсчетного устройства моментоизмерителя на «нуль» путем вращения ручек " Нуль", " Грубо",

" Точно". Произведите сброс счетчиков угла закручивания и числа оборотов.

8. Кнопкой " Вправо" включите привод и нагружайте образец ступенями , делая после каждой ступени на-груженая отсчеты по приборам.

9. После испытания образца в упругой зоне снимите с него торсиометр и доведите образец до разрушения.

10. Включите привод активного захвата кнопкой " Стоп", снимите показания приборов, отключите машину от электросети, извлеките из захватов части образца.

11. Выполните эскиз образца после разрушения.

12. Вычислите среднеарифметическое приращение показаний индикаторов на одну ступень нагрузки - .

13. Определите среднее значения угла закручивания

14. По формуле (12) определите модуль сдвига и сравните
полученное значение с вычисленным по формуле

где - модуль упругости первого рода,

- коэффициент Пуассона.

15. Обрабатывая выданную машиной диаграмму крученая, получить , , и по уравнениям (13), (14), (15) найти условные пределы пропорциональности , текучести и прочности .

- 24 -

- 13 -

Напряжение, полученное делением нагрузки при разрыве на конечную площадь поперечного сечения в " шейке" образца - , называют истинным напряжением разрыва:

(4)

Характеристиками пластичности являются относительное остаточное удлинение образца при разрыве и относительное остаточное сужение площади поперечного сечения образца при разрыве :

здесь - длина рабочей части образца после разрыва.

Кроме того, можно определить комплексную характеристику - удельную работу деформации :

здесь А - работа, потребная для доведения образца до разрыва, численно равная площади диаграммы с учетом масштабов нагрузки к деформации.

Примечание. В соответствии с ГОСТ 1497-84 методика получения силы графическим способом следующая.

Рис. 9 Получение силы

графическим способом

Из начала координат (рис. 9) проводят прямую, совпадающую с начальным участком диаграммы растяжения. Затем на произвольном уровне проводят прямую АВ, параллельную оси абсцисс, и на этой прямой откладывают отрезок

Через точку и начало координат проводят прямую и параллельно ей проводят касательную СД к диаграмме растяжения. Точка касания определяет искомую нагрузку.

Постановка опыта и обработка результатов

Для испытания на растяжение в нашей лаборатории применяют круглые нормальные образцы диаметром мм. Эксперименты проводят на машинах УММ-10, Р-5, P-50 с автоматической записью диаграмм растяжения. Необходимо:

- замерить диаметр образца и заметить на нем расчетную длину ;

- зарядить диаграммный аппарат;

- вставить образец в захваты;

- установить рабочую стрелку указателя нагрузок на нуль

- включив машину в электросеть, плавно увеличивать нагрузку на образец;

- по мере нагружения образца отметить по шкале сило - измерителя характерные нагрузки , для контроля величин получаемых. затем с диаграммы;

- после разрушения образца выключить машину, вынуть образец, снять полученную диаграмму растяжения;

- соединив части разрушенного образца по месту разрыва,
замерить конечную длину и минимальный диаметр образца в шейке ;

- определив начало координат диаграммы растяжения
снять с нее в масштабе величины нагрузок , , , ;

- определить величины , , , по формулам (1),
(2), (3), (4) и построить условную и истинную диаграммы растяжения в координатах (диаграмма напряжений);

- вычислить значения характеристик пластичности и по формуле (5) и (6)

- вычислить величину работы A по диаграмме растяжения и определить удельную работу по формуле (7).

Лабораторная работа 4

1 234