Осадка та попередня деформація: чому пружина слабшає, але не стає м'якшою

**Осідання (set) — це постійна деформація від перевантаження.** Коли пружину стиснути за межу, де дріт поступається крученню, він не повертається повністю до початкової форми. Пружина тепер коротша. Її жорсткість (rate) не змінюється, бо вона залежить від геометрії та модуля пружності, а жодне з них не змінилося. **Спочатку це відбувається на внутрішній стороні витка**, з тієї самої причини, що була показана на індексному рисунку: саме там напруження найвищі. Тому осідання починається задовго до того, як середнє напруження досягне межі текучості. **Три способи перевантажити пружину.** *Один раз, сильно.* Хтось стиснув її до упору або механізм був зібраний зі стиснутою пружиною сильніше, ніж передбачала конструкція. Одна подія, усе осідання одразу. *Повільно, за температури.* Сталь релаксує під тривалим напруженням, і швидше — чим вона гарячіша. Пружина, що тримається стиснутою в гарячому місці, втрачає зусилля протягом місяців. Тому в специфікаціях пружин вказують максимальну робочу температуру, і чому клапанна пружина двигуна та пружина дверей — це різні речі. *Повторно, трохи нижче межі текучості.* Багато циклів поблизу граничного навантаження накопичують невелике осідання щоразу. Вільна довжина поступово зменшується, а потім стабілізується. **Чим осідання є NOT.** Це не втома — втома призводить до тріщин і поломки, осідання лише вкорочує пружину. Це не знос. Це не корозія, хоча корозія погіршує все інше. **І воно не завжди погане.** Навмисне його створення на заводі є темою кроку 3.

**Прийом.** Зробіть пружину довшою, ніж потрібно, потім стисніть її до повного зближення витків, витримайте і відпустіть. Вона набуває залишкової деформації одразу і на заводі, та повертається до вільної довжини, яка й була потрібна. Торгова назва багаторазового повторення цієї операції — **скрегінг** (scragging). **Що це дає.** Дві речі. По-перше, пружина більше не може набувати деформації в експлуатації, оскільки вже набрала всю, яку набере при такому напруженні, — тож її вільна довжина тепер стабільна. По-друге, і менш очевидно: пластичне деформування поверхневих шарів залишає в дроті **залишкове напруження** протилежного знаку до робочого. Робоче навантаження тепер має подолати це залишкове напруження, перш ніж завдати шкоди, тому пружина може безпечно витримувати вище робоче напруження, ніж непопередньо осаджена пружина з того самого матеріалу. **Що це коштує.** Довша заготовка, одна додаткова операція і той факт, що кінцева вільна довжина тепер є результатом, а не налаштуванням — її треба вимірювати і коригувати довжину заготовки, доки вона не вийде правильною. У серійному виробництві це вартість переналагодження; для разового виробу це вгадування. **Коли це важливо.** Скрізь, де пружина сильно навантажена і мусить утримувати зусилля: клапанні пружини, пружини зчеплення, будь-що попередньо навантажене на весь термін служби вузла. Каталожні пружини загального призначення часто не піддаються попередньому осаджуванню, і це одна з причин, чому каталожна пружина змінює параметри там, де спеціально виготовлена — ні. **Напрямок має значення.** Попереднє осаджування допомагає лише в тому напрямку, в якому його проводили. Стискальна пружина, осаджена стисканням, міцніша на стиск і не краща в протилежному напрямку. Тому пружину, яка навантажуватиметься в обидва боки, не можна попередньо осаджувати, і саме це одна з причин, чому пружина, що циклічно проходить через нуль, є складнішою інженерною задачею. **Не осаджуйте в польових умовах.** Стискання встановленої пружини до повного зближення витків, щоб її «осадити», знімає вільну довжину, якої ви не планували втратити, і віддає зусилля, яке було потрібне. Це операція на заводі над заготовкою з запасом, а не ремонт.

**Працюйте з пружиною при низькому відсотку від допустимого напруження.** Це найдешевша страховка, яка існує. Пружина при 40% від допустимого утримуватиме свою довжину необмежено довго за кімнатної температури; при 80% вона поступово деформуватиметься. **Забезпечте великий робочий прогин.** Блокнот наводить аргументи: та сама абсолютна залишкова деформація коштує значно менше сили, коли робочий прогин великий. Довгі м'які пружини зберігають своє зусилля; короткі жорсткі — ні. **Встановіть упор.** Якщо ніщо не може стиснути пружину до упору, вона не може отримати залишкову деформацію від одиничного перевантаження. Зазвичай це дешевша зміна, ніж краща пружина. **Чесно перевірте температуру.** Не температуру навколишнього середовища, а температуру самої пружини, яка може знаходитися поруч із чимось гарячим. Пружини з вуглецевої сталі зазвичай обмежені приблизно 120 °C для тривалого навантаження; вище цього матеріал має бути змінений на хромокремнієвий або хромованадієвий сплав, на нержавіючу сталь або на Inconel для дійсно гарячих випадків. Жорсткість також дещо знижується з температурою, оскільки знижується модуль пружності. **Вказуйте пружини з попереднім навантаженням там, де це важливо**, і зазначайте це на кресленні — «попередньо стиснуто до упору» є виробничою інструкцією, а не побажанням. **І зафіксуйте вільну довжину під час монтажу.** Запишіть її в журналі верстата. Це перетворює майбутню суперечку про те, чи ослабла пружина, на одне вимірювання та віднімання, що і є суттю цього етапу.