波紋補償器的性能指標及波紋管的應力計算 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(chēng)為元件的剛度，一般用“K”表示。如果元件的彈性特性是非線(xiàn)性的，則剛度不再是常數，而是隨著(zhù)載荷的增大發(fā)生變化。一般工程用的波紋管類(lèi)彈性元件，剛度允差可限定在+/-50%之內。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、扭轉剛度等。在波紋管的應用中，絕大多數的受力情況是軸向載荷，位移方式為線(xiàn)位移。以下是幾種主要的波紋管軸向剛度設計計算方法： 1．能量法計算波紋管剛度 2．經(jīng)驗公式計算波紋管剛度 3．數值法計算波紋管剛度 4．EJMA 標準的剛度計算方法 5．日本TOYO 計算剛度方法 6．美國KELLOGG（新法）計算剛度方法 除了上述六種剛度計算方法之外，國外還有許多種其它的計算剛度的方法，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(dòng)法 （2）數值積分的初參數法 （3）積分方程法 （4）攝動(dòng)有限單元法 上述方法都可以對波紋管進(jìn)行比較精確的計算。但是，由于應用了較深的理論和計算數學(xué)的方法，工程上應用有一定的困難，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)的剛度計算 在使用過(guò)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定性。 波紋管的彎曲剛度 波紋管的應力計算 金屬波紋管作為彈性密封零件，首先要滿(mǎn)足強度條件，即其最大應力不超過(guò)給定條件下的許用應力。許用應力可由極限應力除以安全系數得出。根據波紋管的工作條件和對它的使用要求，極限應力可以是屈服強度，也可以是波紋管失穩時(shí)的臨界應力，或者是疲勞強度等。要計算波紋管最大工作應力必須分析波紋管管壁中的應力分布。 波紋管上的應力是由系統中的壓力和波紋管變形所產(chǎn)生的。壓力在波紋管上產(chǎn)生環(huán)（周向）應力，而在波的側壁、波谷和波峰處產(chǎn)生徑向的薄膜和彎曲應力。不能抗彎的薄殼有時(shí)稱(chēng)為薄膜，忽略彎曲而算得的應力則稱(chēng)為薄膜應力。波紋管變形時(shí)產(chǎn)生徑向薄膜應力和彎曲應力。波紋管在工作時(shí)，有的承受內壓，有的承受外壓，例如波紋膨脹節和金屬軟管在多數情況下其波紋管承受內壓，而用于閥門(mén)閥桿密封的波紋管一般情況下承受外壓在這里主要分析波紋管承受內壓時(shí)的應力，波紋管承受外壓的能力一般情況下高于耐內壓能力。隨著(zhù)波紋管的廣泛應用，人們對波紋管的應力進(jìn)行大量的分析研究和實(shí)驗驗證工作，提出了許多供工程設計使用的計算公式、計算程序和圖表。但是，有的方法由于圖表或程序繁復使用不方便，有的方法假設條件不是過(guò)于簡(jiǎn)化就是過(guò)于理想，難以保證使用上的安全可靠，不少方法未能為工程界所接受。因此，真正符合實(shí)用要求的方法為數不多。應用比較普遍的方法有如下兩種： 1．數值法計算波紋管應力 假定波紋管的全部波紋都處于同一條件下，在計算時(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。數值法是根據E．列斯涅爾對于變壁厚回轉薄殼產(chǎn)生軸向對稱(chēng)變形時(shí)所列的非線(xiàn)性方程來(lái)解的。在推導E．列斯涅爾方程時(shí)，應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 )給計算帶來(lái)一定的誤差。因為在制造波紋管時(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 應力計算方法 波紋管的有效面積計算 有效面積是波紋管的基本性能參數之一，它表征波紋管將壓力轉換為集中力的能力，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。 波紋管用于力平衡式儀表時(shí)，其有效面積的穩定性會(huì )直接影響著(zhù)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(guò)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(zhù)內壓力的增大，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的有效長(cháng)度的變化量之比值稱(chēng)為體積有效面積。 3．波紋管有效面積的計算 對波紋管有效面積提出的要求及其計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償時(shí)，有效面積的意義僅在于用來(lái)計算波紋管成形時(shí)的軸向力和使用系統中的推力。波紋管的有效面積計算值與實(shí)測值之間急有一些差別。一般情況下用專(zhuān)用公式計算波紋管的有效面積，是可以滿(mǎn)足需要的。 當波紋管用于力平衡儀表和需要將壓力轉換為力的場(chǎng)臺，應準確確定其有效面積，要求逐個(gè)進(jìn)行測量。

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