Únava: dva součinitele, ne jeden
Pružina se skoro nikdy nepoužívá staticky. Skoro vždycky se předepne a pak se kmitá mezi dvěma silami — takže je to únavová úloha od začátku.
A teď to, kvůli čemu tahle kapitola existuje
Amplituda a střední hodnota se počítají RŮZNÝMI součiniteli.
Je to táž úvaha jako v kapitole 3: koncentraci napětí od křivosti drátu srovná místní plastizace hned při prvním zatížení, takže do statické složky nepatří. Do střídavé ano, protože ta se s ní potkává v každém cyklu znovu.
Většina online kalkulaček dává na obě složky týž součinitel a vyjde jim střední napětí o 15 až 25 % vyšší, než má být. Bezpečnost pak vychází pesimisticky — což zní neškodně, dokud kvůli tomu někdo nepředimenzuje pružinu, která se pak nevejde.
Kdyby se K_B použilo i na střední složku — jak to dělá většina online kalkulaček — vyšlo by τ_m = 272 MPa a bezpečnost 1,23, tedy o 4 % míň. Součinitel koncentrace patří jen na střídavou složku: statickou část napětí místní plastizace srovná hned při prvním zatížení, kdežto střídavá se s ní bude potkávat pořád.
Kde je mez
Únavová pevnost pružin se neodvozuje z pevnosti v tahu jako u hřídelí. Zimmerli změřil, že u vinutých pružin nezávisí ani na materiálu, ani na průměru drátu, a dostal dvě čísla:
| Povrch | Ssa [MPa] | Ssm [MPa] |
|---|---|---|
| nekuličkovaná | 241 | 379 |
| kuličkovaná | 398 | 534 |
Ten skok je důvod, proč se každá cyklicky namáhaná pružina kuličkuje. Tryskání malými kuličkami vnese do povrchu tlaková zbytková napětí, a únavová trhlina se v tlaku nešíří. Stojí to pár korun a přidá to přes 60 % únavové pevnosti — nikde jinde ve strojařině není takový poměr.