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福建波紋管
作者:深圳南斗星科技有限公司
2019-04-04 12:11
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進(jìn)入店鋪
國外還有許多種其它的計(jì)算剛度的方法,在此不再介紹。我國的力學(xué)工作者在波紋管的理論研究和實(shí)驗(yàn)分析方面作了大量工作,取得了豐碩的研究成果。其中最主要的研究方法是:
(1)攝動法
(2)數(shù)值積分的初參數(shù)法
(3)積分方程法
(4)攝動有限單元法
上述方法都可以對波紋管進(jìn)行比較精確的計(jì)算。但是,由于應(yīng)用了較深的理論和計(jì)算數(shù)學(xué)的方法,工程上應(yīng)用有一定的困難,也難于掌握,需要進(jìn)一步普及推廣。
金屬波紋管與螺旋彈簧聯(lián)用時(shí)的剛度計(jì)算
在使用過程中,對剛度要求較大,而金屬波紋管本身剛度又較小時(shí),可以考慮在波紋管的內(nèi)腔或外部配置圓柱螺旋彈簧。這樣不僅可以提高整個(gè)彈性系統(tǒng)的剛度,而且遲滯引起的誤差也可以大為減小。這種彈性系統(tǒng)的彈性性能主要取決于彈簧的特性和波紋管有效面積的穩(wěn)定性。
波紋管的彎曲剛度
靈敏度
金屬波紋管及其它彈性元件承受單位載荷時(shí)所產(chǎn)件的位侈量稱為元件的靈敏度。剛度和靈敏度是波紋管及其它彈性元件的主要功能參數(shù),但它們又是同一使用特性的兩種不同的表示方法。對于不同的場合,為便于分析問題,可采用其中任何一種參數(shù)。
有效面積
對于實(shí)現(xiàn)壓力一力或力一壓力轉(zhuǎn)換的彈性元件,還有一個(gè)重要的功能指標(biāo)是有效面積。有效面積是指彈性元件在單位壓力作用下,當(dāng)其位移為零時(shí)所能轉(zhuǎn)換成集中力的大小。
使用壽命
彈性元件下作時(shí)有兩種狀態(tài);一種是在一定的載荷和位移情況下工作,并保持載荷、位移始終不變或很少變化,稱為靜態(tài)工作;另一種使用情況是載荷和位移不斷周期往復(fù)交替變化.元件處于循環(huán)工作狀態(tài)。由于工作狀態(tài)的不同,元件損壞或失效的模式也不同。儀表彈性敏感元件工作在彈性范圍內(nèi),基本上處于靜態(tài)工作狀態(tài),使用壽命很長,一般達(dá)到數(shù)萬次到數(shù)十萬次。工程中應(yīng)用的波紋管類組件,有時(shí)工作在彈塑性范圍或交變應(yīng)力狀態(tài),壽命只有成百上干次。元件在循環(huán)工作時(shí)必須給定許用工作壽命,規(guī)定循環(huán)次數(shù)、時(shí)間和頻率。
彈性元件的額定壽命是元件設(shè)計(jì)時(shí)定出的預(yù)期使用壽命,要求在這段期間內(nèi)元件不允許出現(xiàn)疲勞、損壞或失效等現(xiàn)象。
承載載荷
作用在金屬波紋管及其它彈性元件上的各種預(yù)期的負(fù)荷值,如集中力F、壓力p 和力矩M 等。在金屬波紋管類彈性元件使用時(shí),除給定施加的載荷值外,還須給定載荷的作用方向及作用位置。對于壓力載荷,還要說明彈性元件是承受內(nèi)腔壓力或外腔壓力。
金屬波紋管及其它彈性元件在正常工作條件下允許使用的最大載荷值或滿量程值。它通常是預(yù)期的設(shè)計(jì)值,或是對產(chǎn)品原型經(jīng)過實(shí)際檢測后再經(jīng)修定的設(shè)計(jì)值。
具體彈性元件產(chǎn)品在工作中經(jīng)受瞬間或試驗(yàn)期間允許超過額定載荷而不發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)時(shí)的承載能力。對于儀表彈性敏感元件,一般限定超載能力為額定載荷的125%。在工程中使用的波紋管類組件,一般限定在額定載荷的150%。根據(jù)工程要求,當(dāng)要求大的安全系數(shù)時(shí),使用的彈性元件規(guī)定不允許有任何超載,因此載荷必須小于或等于額定載荷值。
金屬波紋管設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是板殼理論、材料力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)等。波紋管設(shè)計(jì)的參數(shù)較多,由于波紋管在系統(tǒng)中的用途不同,其設(shè)計(jì)計(jì)算的重點(diǎn)也不一樣。例如,波紋管用于力平衡元件,要求波紋管在工作范圍內(nèi)其有效面積不變或變化很小,用于測量元件,要求波紋管的彈性特性是線性的;用于真空開關(guān)管作真空密封件,要求波紋管的真空密封性、軸向位移量和疲勞壽命;用于閥門作密封件,要求波紋管應(yīng)具有一定的耐壓力、耐腐蝕、耐溫度、工作位移和疲勞壽命。根據(jù)波紋管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以把波紋管當(dāng)作圓環(huán)殼、扁錐殼或圓環(huán)板所組成。設(shè)計(jì)計(jì)算波紋管也就是設(shè)計(jì)計(jì)算圓外殼、扁錐殼或團(tuán)環(huán)板。
計(jì)算的參數(shù)為剛度、應(yīng)力、有效面積、失穩(wěn)、允許位移、耐壓力和使用壽命。
波紋管在工作過程中,其壽命長短主要取決于工作過程中產(chǎn)生的最大應(yīng)力。為了降低應(yīng)力,一般通過減少波紋管的工作位移和降低工作壓力來實(shí)現(xiàn)。在一般設(shè)計(jì)中規(guī)定波紋管的工作位移應(yīng)小于它的允許位移的一半,它的工作壓力應(yīng)小于波紋管的耐壓力的一半。
對生產(chǎn)的波紋管進(jìn)行試驗(yàn)證明,如果波紋管按上述規(guī)范工作,它的便用壽命基本土可達(dá)到5萬次左右。
根據(jù)工作壓力性質(zhì)的不同,波紋管的允許位移也有所區(qū)別一般波紋管只承受軸向載荷(拉力或壓力)時(shí),它的允許位移可在波紋管有效長度的10%~40%之間選用;而在波紋管承受橫向集中力、扭轉(zhuǎn)力矩或綜合受力時(shí),波紋管的允許位移應(yīng)適當(dāng)減小。
應(yīng)用多層波紋管可以降低剛度和變形引起的應(yīng)力,因而可以在很大程度上提高波紋管的壽命。
波紋管在其它情況相同而工作壓力性質(zhì)(恒定或交變載荷)不同的條件下工作時(shí),其使用壽命將有差別。顯然,在交變載荷下工作時(shí),波紋管的壽命比恒定載荷下工作時(shí)要短一些。
性能指標(biāo)編輯
剛度
使金屬波紋管或其它彈性元件產(chǎn)生單位位移所需要的載荷值稱為元件的剛度,一般用“K”表示。如果元件的彈性特性是非線性的,則剛度不再是常數(shù),而是隨著載荷的增大發(fā)生變化。一般工程用的波紋管類彈性元件,剛度允差可限定在+/-50%之內(nèi)。波紋管的剛度按照載荷及位移性質(zhì)不同,分為軸向剛度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度等。在波紋管的應(yīng)用中,絕大多數(shù)的受力情況是軸向載荷,位移方式為線位移。以下是幾種主要的波紋管軸向剛度設(shè)計(jì)計(jì)算方法:
1.能量法計(jì)算波紋管剛度
2.經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算波紋管剛度
3.?dāng)?shù)值法計(jì)算波紋管剛度
4.EJMA 標(biāo)準(zhǔn)的剛度計(jì)算方法
5.日本TOYO 計(jì)算剛度方法
6.美國KELLOGG(新法)計(jì)算剛度方法
要應(yīng)用于鋼帶類
鋼帶波紋管又叫鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管是一種以高密度聚乙烯(PE)為基體(內(nèi)外層)與表面涂敷粘接樹脂鋼帶復(fù)合的纏繞結(jié)構(gòu)壁管。管壁結(jié)構(gòu)由三層構(gòu)成:內(nèi)層是一個(gè)連續(xù)實(shí)壁PE內(nèi)層管,內(nèi)層管外纏繞有(用鋼板成形為“V”型的)環(huán)形波狀鋼帶增強(qiáng)體,在波狀鋼帶增強(qiáng)體外復(fù)合有聚乙烯的外層,從而復(fù)合成整體的螺旋波紋管。其典型的結(jié)構(gòu)如圖所示。鋼的彈性模量是聚乙烯的近200倍(碳素鋼 [2] 的彈性模量在190000 MPa左右),結(jié)合金屬和塑料的優(yōu)點(diǎn)顯然是達(dá)到高剛度低消耗的理想辦法,能夠?qū)摬牡母邉偠?、高?qiáng)度和塑料的耐腐蝕、耐磨損和柔韌性等優(yōu)良特性有機(jī)地結(jié)合起來,發(fā)揮兩方面的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)兩方面的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)高性能和低成本的統(tǒng)一。
殘余變形
金屬波紋管及其它彈性元件的殘余變形是指加載后元件產(chǎn)生位移,而卸載后再經(jīng)過相當(dāng)長的一段時(shí)間彈性元件仍不能回復(fù)到原始位置.產(chǎn)生一個(gè)永久變形的殘留值。元件的殘余變形里與使用狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)拉伸(或壓縮)的位移里逐漸增大到一定的位移值后,殘余變形將顯著增加。
殘余變形是判定彈性元件變形能力的參數(shù)對于彈性敏感元件,如果在達(dá)到額定位移值后產(chǎn)生了較大的殘余位移,這將影響儀表的測量精度。因此.一般對殘余變形量給出一定的界限值。在工程中應(yīng)用的波紋管類組件(如波紋膨脹節(jié)),有時(shí)為得到較大的位移,使元件工作在彈塑性區(qū),會出現(xiàn)較大的殘余變形。如能滿足一定的使用壽命而不失效.這時(shí)殘余變形量不再考慮
在工作過程中不隨工作條件而變化。
1.有效面積的概念和有效面積的變化
有效面積是一個(gè)等效的面積,壓力作用在這個(gè)面積上將產(chǎn)生相等的軸向力。一般情況下,隨著內(nèi)壓力的增大,波紋管有效面積變小,面隨外壓力的增加,有效面積變大。
2.波紋管的體積有效面積
波紋管在外力或壓差作用下,其體積變化量與相應(yīng)的有效長度的變化量之比值稱為體積有效面積。
3.波紋管有效面積的計(jì)算
對波紋管有效面積提出的要求及其計(jì)算方法取決于波紋管的用途。如果波紋管用作彈性密封件或管路熱補(bǔ)償時(shí),有效面積的意義僅在于用來計(jì)算波紋管成形時(shí)的軸向力和使用系統(tǒng)中的推力。波紋管的有效面積計(jì)算值與實(shí)測值之間急有一些差別。一般情況下用專用公式計(jì)算波紋管的有效面積,是可以滿足需要的。
當(dāng)波紋管用于力平衡儀表和需要將壓力轉(zhuǎn)換為力的場臺,應(yīng)準(zhǔn)確確定其有效面積,要求逐個(gè)進(jìn)行測量。
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