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    金屬波紋管及其它彈性元件在某一指定煮上的位移與作用載荷之間的關(guān)系稱為彈性特性，而位移和載荷都應(yīng)存元件材料的彈性范圍內(nèi)波紋管類組件的彈性特性可以用函數(shù)方程、表格與曲線圖等形式表示。其彈性特性取決于各類彈性元件的結(jié)構(gòu)及加載方式。元件的彈性特性可以是線性的或非線性的，非線性還可分為遞增特性和遞減特性兩種。
    彈性特性是波紋管及其它彈性元件的一個(gè)主要性能指標(biāo)。儀器儀表和測(cè)量裝置中使用的彈性元件，在設(shè)計(jì)時(shí)一般總是力求使元件的輸出量與被測(cè)參數(shù)（載荷）之間呈線性關(guān)系。這樣可以采用較簡單的傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)儀表的等分刻度。
    當(dāng)波紋管兩端都受到限制時(shí)，如果波紋管內(nèi)壓力增大至某一臨界值，波紋管就會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。
    允許位移
    對(duì)于工作在壓縮狀態(tài)的波紋管，它的最大壓縮位移是：波紋管在壓力作用下，壓縮到波紋之間相互彼此接觸時(shí)所能產(chǎn)生的最大位移值，也稱為結(jié)構(gòu)允許最大位移，它等于波紋管自由長度與最大壓縮長度之差。
    波紋管不產(chǎn)生塑性變形情況下所能獲得的最大位移稱為波紋管的允許位移。
    波紋管在實(shí)際工作過程中會(huì)產(chǎn)生殘余變形，殘余變形又稱永久變形或塑性變形，波紋管在力或壓力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)力或壓力卸除后，波紋管不恢復(fù)原始狀態(tài)的現(xiàn)象稱殘余變形，殘余變形通常用波紋管不恢復(fù)原始位置的量來表示又稱零位偏移。
    波紋管位移與零位偏移之間的關(guān)系，無論拉伸還是壓縮位移，在波紋管位移的起始階段，它的殘余變形量都很小，一般都小于波紋管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的允許零位偏移值。但是，當(dāng)拉伸（或壓縮）位移量逐漸增大到超過一定的位移值后，會(huì)引起零位偏移值的突然增大，這表示波紋管產(chǎn)生比較大的殘余變形，在這之后．如果再增大一點(diǎn)位移量，殘余變形將顯著增加。所以波紋管一般不應(yīng)超過這個(gè)位移量，不然將會(huì)嚴(yán)重的降低其精度、穩(wěn)定性和可靠性以及使用壽命。

    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(duì)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(duì)產(chǎn)品原型經(jīng)過實(shí)際檢測(cè)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(duì)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。
    密封性
    密封性是指元件在一定的內(nèi)、外壓差作用下保證不泄漏的性能。波紋管類組件工作時(shí)，內(nèi)腔充有氣體或液體介質(zhì)，并有一定的壓力，因此必須保證密封性。密封性的檢測(cè)方法有氣壓密封性試驗(yàn)、滲漏試驗(yàn)、液體加壓試驗(yàn)、用肥皂水或氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)。
    自振頻率
    在工業(yè)中使用的彈性元件，其工作環(huán)境往往都有一定程度的振動(dòng)，有些元件用作隔振部件．本身就處在振動(dòng)條件下。對(duì)于在特殊條件下應(yīng)用的彈性元件，必須防止元件的自振頻率（特別是基頻）與系統(tǒng)中任何一種振動(dòng)源振頻相近，避免發(fā)生共振而引起損壞。波紋管類組件在各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，為避免波紋管發(fā)生共振面損壞，波紋管的固有頻率應(yīng)低于系統(tǒng)的振動(dòng)頻率，或至少比系統(tǒng)振頻高出50%。

    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(duì)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。
    耐壓力是波紋管性能的一個(gè)重要參數(shù)。波紋管在常溫時(shí)，波形上不發(fā)生塑性變形所能承受的最大靜壓力，即為波紋管的最大耐壓力在一般情況下，波紋管是在一定的壓力（內(nèi)壓或外壓）下工作的，所以它在整個(gè)工作過程中必須承受這個(gè)壓力而不產(chǎn)生塑性變形。
    波紋管的耐壓力實(shí)際上屬于波紋管的強(qiáng)度范疇。計(jì)算的關(guān)鍵是應(yīng)力分析，也就是分析波紋管管壁上的應(yīng)力只要波紋管管壁上最大應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力不超過材料的屈服強(qiáng)度，波紋管所受的壓力就不會(huì)達(dá)到其耐壓力。
    同一波紋管在其它工作條件相同時(shí)，受外壓比受內(nèi)壓時(shí)的穩(wěn)定性要好，所以，受外壓作用時(shí)的最大耐壓力比受內(nèi)壓時(shí)高。
    當(dāng)波紋管兩端固定，如果在其內(nèi)腔通入足夠大的壓力時(shí)，波紋管波峰處有可能爆破損壞。波紋管開始出現(xiàn)爆破時(shí)波紋管內(nèi)部的壓力值稱為爆破壓力。爆破壓力是表征波紋管最大耐壓強(qiáng)度的參數(shù)。波紋管在整個(gè)工作過程中，其工作壓力遠(yuǎn)小于爆破壓力，否則波紋管將破裂損壞。
    當(dāng)波紋長度小于或等于外徑時(shí)，其計(jì)算結(jié)果和實(shí)際爆破壓力很接近；對(duì)細(xì)長型波紋管其實(shí)際爆破壓力要低很多。爆破壓力大約為允許工作壓力的3~10倍。
    應(yīng)用比較普遍的方法有如下兩種：
    1．?dāng)?shù)值法計(jì)算波紋管應(yīng)力
    假定波紋管的全部波紋都處于同一條件下，在計(jì)算時(shí)只研究波紋管波紋的單個(gè)半波。這樣，在研究中就不考慮端部波紋，雖然端部波紋的邊界條件與中間波紋有所不同。數(shù)值法是根據(jù)E．列斯涅爾對(duì)于變壁厚回轉(zhuǎn)薄殼產(chǎn)生軸向?qū)ΨQ變形時(shí)所列的非線性方程來解的。在推導(dǎo)E．列斯涅爾方程時(shí)，應(yīng)用了薄殼理論的一般假定，其中包括：與環(huán)殼曲率主半徑相比厚度很小的假定；材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也會(huì)給計(jì)算帶來一定的誤差。因?yàn)樵谥圃觳y管時(shí)，管坯的軋制，拉深和隨后的波紋塑性成形會(huì)造成材料力學(xué)性能上的各向異性和不均勻性。
    2．美國EJMA 應(yīng)力計(jì)算方法
    波紋管的有效面積計(jì)算
    有效面積是波紋管的基本性能參數(shù)之一，它表征波紋管將壓力轉(zhuǎn)換為集中力的能力，在利用波紋管把壓力變成集中力輸出的場(chǎng)合，有效面積就是一個(gè)重要參數(shù)。
    波紋管用于力平衡式儀表時(shí)，其有效面積的穩(wěn)定性會(huì)直接影響著儀表的精度。所以在這種場(chǎng)合不但要求波紋管具有合理的有效面積，而且還要求有效面積在工作過程中不隨工作條件而變化。
    主要應(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。

    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(duì)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(cè)量精度。因此．一般對(duì)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(huì)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。
    金屬波紋管及彈性元件中某一特定點(diǎn)（自由端或中心）的位置變化。按照其運(yùn)動(dòng)軌跡，可分為線位移和角位移。在外界載荷作用下，金屬波紋管可能產(chǎn)生軸向位移、角向位侈及橫向位移。
    金屬波紋管及彈性元件在額定載荷作用下所引起的位移值，也就是它們?cè)谡Ｊ褂脳l件下允許產(chǎn)生的工作位移。
    各類彈性元件在工作瞬間或試驗(yàn)期間允許超過額定位移的承受能力。在發(fā)生超載位移時(shí)，彈性元件不應(yīng)發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)等情況。對(duì)于儀表彈性敏感元件，超載位移一般限定在額定位移的125%，工程中使用的波紋管類組件，應(yīng)根據(jù)工程條件和安全程度確定。
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