作用在金属波纹管及其它弹性元件上的各种预期的负荷值,如集中力F、压力p 和力矩M 等。在金属波纹管类弹性元件使用时,除给定施加的载荷值外,还须给定载荷的作用方向及作用位置。对于压力载荷,还要说明弹性元件是承受内腔压力或外腔压力。
金属波纹管及其它弹性元件在正常工作条件下允许使用的较大载荷值或满量程值。它通常是预期的设计值,或是对产品原型经过实际检测后再经修定的设计值。
具体弹性元件产品在工作中经受瞬间或试验期间允许**过额定载荷而不发生损坏、失效、失稳时的承载能力。对于仪表弹性敏感元件,一般限定**载能力为额定载荷的125%。在工程中使用的波纹管类组件,一般限定在额定载荷的150%。根据工程要求,当要求大的安全系数时,使用的弹性元件规定不允许有任何**载,因此载荷必须小于或等于额定载荷值。
金属波纹管及其它弹性元件的残余变形是指加载后元件产生位移,而卸载后再经过相当长的一段时间弹性元件仍不能回复到原始位置.产生一个*变形的残留值。元件的残余变形里与使用状态有关。当拉伸(或压缩)的位移里逐渐增大到一定的位移值后,残余变形将显着增加。
残余变形是判定弹性元件变形能力的参数对于弹性敏感元件,如果在达到额定位移值后产生了较大的残余位移,这将影响仪表的测量精度。因此.一般对残余变形量给出一定的界限值。在工程中应用的波纹管类组件(如波纹膨胀节),有时为得到较大的位移,使元件工作在弹塑性区,会出现较大的残余变形。如能满足一定的使用寿命而不失效.这时残余变形量不再考虑。
应用比较普遍的方法有如下两种:
1.数值法计算波纹管应力
假定波纹管的全部波纹都处于同一条件下,在计算时只研究波纹管波纹的单个半波。这样,在研究中就不考虑端部波纹,虽然端部波纹的边界条件与中间波纹有所不同。数值法是根据E.列斯涅尔对于变壁厚回转薄壳产生轴向对称变形时所列的非线性方程来解的。在推导E.列斯涅尔方程时,应用了薄壳理论的一般假定,其中包括:与环壳曲率主半径相比厚度很小的假定;材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也会给计算带来一定的误差。因为在制造波纹管时,管坯的轧制,拉深和随后的波纹塑性成形会造成材料力学性能上的各向异性和不均匀性。
2.美国EJMA 应力计算方法
波纹管的有效面积计算
有效面积是波纹管的基本性能参数之一,它表征波纹管将压力转换为集中力的能力,在利用波纹管把压力变成集中力输出的场合,有效面积就是一个重要参数。
波纹管用于力平衡式仪表时,其有效面积的稳定性会直接影响着仪表的精度。所以在这种场合不但要求波纹管具有合理的有效面积,而且还要求有效面积在工作过程中不随工作条件而变化。
波纹管的寿命是在工作条件下使用时,能保证正常工作的较短工作期限或循环次数。用波纹管组成的弹性密封系统,经常在承受较多循环次数的变动载荷和较大位移的条件下工作,因此确定波纹管的使用寿命,具有重要意义。因为波纹管的作用不同,对其使用寿命的要求也不一样。
(1)波纹管用来补偿管路系统中因安装造成的位置偏差时,对其寿命要求只有几次就够了。
(2)波纹管用于开关频率较高的恒温控制器中,其寿命要达到10000次才能满足使用要求。
(3)波纹管用于真空开关作为真空密封件时,其寿命要达到30000次才能保证正常工作。
从上面三种使用实例中可见,由于使用条件不同,波纹管要求的使用寿命相差很大。波纹管寿命与所选用材料的疲劳特性有关,同时也取决于成形波纹管的残余应力的大小、应力集中的情况和波纹管的表面质量等。此外,使用寿命与波纹管的工作条件有关。例如:波纹管工作时的位移、压力、温度、工作介质、振动条件、频率范围、冲击条件等。