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波纹管的弹性分析

发布时间:2013-01-14

波纹管的弹性 金属软管的弹性

波纹管除了经常用来制作金属软管的本体之外,还经常用来制作管路系统中的补偿器件。利用波纹管在纵向、横向和角方向上的弹性位移,可以顺利地将连接点部分由于温差、振动或安装等原因造成的在位置方面的额定偏差加以补偿。当然,普通金属光滑管要做到这一点是十分困难的,甚至是不可能的。确定波纹管位移弹性范围的工作,主要是研究其纵向刚度和抗弯刚度,因为它们可以直接地反映出波纹管在纵、横两个方向上可能产生的弹性变形的大小。

以图片翘曲理论为基础确定波纹管的纵向刚度

金属波纹管的结构特点说明了它在受到轴向力的作用之后,各部分很容易产生弹性变形。由于波峰半圆弧和波谷半圆弧这两部分的相对变形远远小于圆环膜片部分,因此,可以忽略不计,并把它们视为圆环膜片之间的刚性接点。把波纹管复杂的受力状态简化为圆环膜片单一受力的形式。这样,便可以用圆片翘曲理论为基础,去分析整个波纹管的纵向刚度。

金属软管中网套的强度

在金属软管的结构设计中,为了提高波纹管的承载能力,避免其遭受机械方面的损伤,必须采取相应的加强和保护措施,对于通径较小的波纹管,多为铠装钢丝网套的结构形式。

钢带锭数一般为大于或等于4的偶数,对于手工编织来讲,只要在这个范围内都是可行的;但对于机械编织来讲,就困难了。国内定型的编织机的锭子数是固定的,而且是不可调的。因此,钢带的锭数最好是根据现有的编织机的锭数来确定。目前,国产的编织机有24锭、36锭、48锭的,已引进的还有64锭的。但是,它们是专门用来编织钢丝网套的,编织出来的是“双花”花纹;而钢带编织最好呈“单花”花纹。对于这类编织机只要稍加改动,就可以用来编织钢带网套。

钢带实际宽度,前面已经讲过,必须小于理论宽度,具体取值依网套对波纹管覆盖面比值的大小而定。

编织角度一般取30~45,在其它参数确定之后,为了保证金属软管一定的承载能力,编织角度还可以适当地减小。从近几年引进设备配套的金属软管看来,国外对编织角的取值,最小的仅仅15。编织角度取值的大小,直接影响着金属软管的性能。若取上限值,有利于发挥它的柔软特性,但不能承受较高的载荷;若取下限值,可使金属软管承受较高的载荷,但不利于发挥它的柔软特性。

网套对波纹管覆盖面的比值一般控制在75~95%范围之内,若取值太大,将压抑了波纹管的柔软特性;若取值太小,将起不到保护波纹管不受磕、碰、磨、撞等机械损伤的作用。它的取值大小也直接影响着金属软管的性能,意义恰恰与编织角度相反,若取上限值,可使金属软管承受较高的载荷,但不利于发挥它的柔软特性;若取下限值,有利于发挥它的柔软特性,但不能承受较高的载荷。

如上所述,任何一个参数的变化,都可能从某一方面改变金属软管的性能。所以,在确定钢带网套编织参数时,必须根据金属软管的具体要求来综合考虑。

金属软管中波纹管的稳定性

波纹管在轴向受到超过它所能支撑的压力时,将会象受压杆件或圆柱螺旋弹簧那样,突然弯曲而失去直线形态的稳定性。这是必然的。如果波纹管承受的内压也超过它所能支撑的一定的压力值,也会产生失稳。实验证明,工程上波纹管的破坏,多数是由于这个原因产生的。无论是弹性密封件、轴向伸缩补偿器、金属软管,都存在这样的问题。
就是说波纹管承受内压的能力一般取决于它的稳定性。研究波纹管的稳定性,可以引用人们熟知的欧拉压杆公式计算其临界载荷。

波纹几何尺寸,材料厚度等方面的加工偏差,往往使波纹管轴线偏离了原有的对称轴。也就是说,实际波纹管的轴线存在某些初始弯度。对于金属软管来讲,网套编织的不均匀性和各部分强度的不一致性,也限制了波纹管的承载能力。
临界载荷公式中的抗弯刚度值的确定是将波纹管的波峰(谷)半圆弧当作膜片刚性联接点来考虑,它本身就高于实际抗弯刚度值。