Laboratorium	Wytrzymałość	Materiałów
Wydział:	Fizyka Techniczna		Temat:
Kierunek:	Fizyka Techniczna		Próba udarowego zginania.
Rok:	III		Charakterystyka sprężyn.
Semestr:	VI
Imię i nazwisko:	Barabara Grochowska
Data wykonania:	02.04.03r.		Oddano:16.04.03r.		Ocena:

1. Wstęp teoretyczny.

• Pierwsza część ćwiczenia - Próba udarowego zginania.

Spośród wszystkich prób umożliwiających ocenę odporności materiału na kruche pękanie szczególne znaczenie praktyczne ma próba udarności metodą Charpy'ego.

Próba polega na złamaniu jednym uderzeniem spadającego młota wahadłowego próbki podpartej obydwoma końcami o przekroju prostokątnym z karbem w środku długości. Próbka powinna leżeć w taki sposób, by ostrze noża wahadła uderzało w nią po przeciwnej stronie karbu. Miarą udarności badanego materiału jest energia potrzebna do złamania próbki, wyrażona w [J] i oznaczona symbolem K. Udarność definiuje się jako stosunek pracy łamania K do powierzchni początkowej przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu S_o i oznacza symbolem KC

KC=K/S_o [J/cm²]

Warunki przeprowadzenia próby udarności są następujące:

- temperatura badania powinna wynosić 23^˚C,

- jeśli temperatura badania jest określona w normie na wyrób, ale bez podania dopuszczalnych odchyłek, powinna być utrzymana w zakresie _-⁺ 2˚C,

- prędkość młota w chwili uderzenia w próbkę v=5 - 5,5 m/s.

Do przeprowadzenia badań udarności w temperaturze innej niż pokojowa próbka powinna być zanurzona w ośrodku ogrzewającym lub oziębiającym przez czas wystarczający, aby wymagana temperatura została osiągnięta w całej objętości próbki.

Złamanie próbki powinno nastąpić w ciągu 5sod czsu wyjęcia jej z ośrodka.

Urządzeniem służącym do przeprowadzenia próby udarności jest młot wahadłowy Charpy'ego. Umożliwia on wyznaczenie energii potrzebnej do udarowego złamania (pracy łamania K) próbki podpartej końcami na dwóch podporach za pomocą uderzającego w nią środkowo wahadła.

Uderzając próbkę w najniższym swym położeniu, młot osiąga maksymalną prędkość

v=√2gR(1-cosα),

gdzie: g - przyspieszenie ziemskie (g=9,81 m/s²),

R - odległość od osi wahadła do środka próbki,

α - kąt spadania wahadła młota

Próbka standardowa do próby udarności powinna mieć długość l=55 mm i przekrój poprzeczny kwadratowy o bokach a=b=10 mm. W połowie długości próbki znajduje się karb, przy czym rozróżnia się dwa rodzaje karbów :

- w kształcie litery V o głębokości karbu a-h=2 mm

- w kształcie litery U lub w kształcie otworu do klucza o głębokości karbu a-h=5 mm.

Młot wahadłowy Charpy'ego:

• Druga część ćwiczenia - Charakterystyka sprężyn.

Sprężyny są elementami maszyn spełniającymi wielorakie zadania. Służą m.in. do akumulowania energii, łagodzenia uderzeń i tłumienia drgań. O przydatności sprężyny do wykonywania określonej pracy decyduje ilość energii, jaką jest zdolna zakumulować. Miarą odkształceń sprężyny jest zmiana jej długości f w kierunku osi. Zmianę tę nazywamy - ugięciem.

Charakterystyka sprężyny obrazuje jej przydatność do celów konstrukcyjnych. Pochylenie prostej świadczy o podatności sprężyny na odkształcenia. Wartość obciążenia wstępnego, wywołującego wstępne ugięcie, jest podyktowana najczęściej koniecznością zlikwidowania luzów mechanicznych. Obciążenie maksymalne jest miarodajne do odliczenia wytrzymałościowego sprężyny. Wreszcie obciążenie robocze wskazuje na to, jaka część siły może być wykorzystana w elemencie konstrukcyjnym ze sprężyną dla uzyskania żądanej podatności.

Maszyna do badania sprężyn:

2. Tabela pomiarów - Charakterystyka sprężyn

	Sprężyna 1		Sprężyna 2		Ukł. równ. sprężyn
	Siła	Ugięcie	Siła	Ugięcie	Siła	Ugięcie
Lp.	F	sprężyny	F	sprężyny	F	sprężyny
		f		f		f
-	N	mm	N	mm	N	mm
0	0	0	0	0	0	0
1	20	2,59	20	4,58	40	2,42
2	40	5,35	40	7	80	5,39
3	60	8,23	60	10,27	120	8,10
4	80	11,5	80	14,69	160	11,35
5	100	14,61	100	17,87	200	14,40
6	120	16,23	120	20,81	240	17,03
7	140	19,78	140	23,08	280	20,81
8	160	21,35	160	26,61	320	22,88
9	180	24,93	-	-	360	25,10
10	200	26,13	-	-	-	-

1. Sporządzam wykresy charakterystyk sprężyn we współrzędnych (f, F):

2. Wykonuję obliczenia sztywności obu sprężyn i ich równoległego układu ze wzoru:

C=F/f

Tabela wyników:

	Sprężyna1	Sprężyna 2	Ukł. równ.
			sprężyn
	C [N/mm]	C [N/mm]	C [N/mm]
	7,7	4,34	16,53
	7,5	5,72	15,15
	7,3	6	15,15
	7	5,44	14,17
	6,8	5,6	13,88
	7,4	5,7	14,13
	7,1	6,06	13,45
	7,5	6,03	14,9
	7,22		14,34
	7,65
Średnia	7,32	5,61	14,63

Po uwzględnieniu błędu uzyskałam następujące wyniki:

- dla sprężyny 1:

C= (7,32 ⁺ 0,025) N/mm

- dla sprężyny 2:

C= (5,61 ⁺ 0,053) N/mm

- układ równ. sprężyn:

C= (14,63 ⁺ 0,083) N/mm

3. Obliczone sztywności obu sprężyn i ich równoległego układu jako wartości współczynników kierunkowych prostych regresji; stała sprężyny C jest na powyższych wykresach reprezentowana przez tg kąta nachylenia prostej do osi f. Do obliczenia współczynnika nachylenia skorzystałam z programu dr Szuby. Oto wyniki:

C= ∆F / ∆f

- dla sprężyny 1

C=7,41 [N / mm]

- dla sprężyny 2

C=6,06[N /mm]

- dla równ. ukł.

C=13,84 [N /mm]

3. Wnioski

Charakterystyka sprężyny obrazuje jej przydatność do celów konstrukcyjnych.

Pochylenie prostej świadczy o podatności sprężyny na odkształcenia. O przydatności sprężyny do wykonywania określonej pracy decyduje ilość energii, jaką jest zdolna zakumulować.

---