Standumas: apkrova, reikalinga norint pagaminti vieneto poslinkį metalinėje dumplėje ar kitame elastiniame elemente, vadinama elemento standumu, paprastai žymima „K“. Jei elemento tamprumo charakteristikos yra netiesinės, standumas nebėra pastovus, o kinta didėjant apkrovai. Silfono -tipo elastingų elementų, naudojamų bendrojoje inžinerijoje, standumo tolerancija ribojama iki +/- 50%. Silfono standumas pagal apkrovos ir poslinkio pobūdį skirstomas į ašinį standumą, lenkimo standumą ir sukimo standumą. Naudojant silfonus, didžioji dauguma apkrovų yra ašinės apkrovos, o poslinkis yra tiesinis. Toliau pateikiami keli pagrindiniai dumplių ašinio standumo skaičiavimo metodai:
1. Energijos metodas dumplių standumui apskaičiuoti
2. Empirinė dumplių standumo skaičiavimo formulė
3. Skaitinis silfono standumo skaičiavimo metodas
4. EJMA standartinis standumo skaičiavimo metodas
5. Japoniškas TOYO standumo skaičiavimo metodas
6. Amerikietiškas KELLOGG (naujas metodas) standumo skaičiavimo metodas
Be pirmiau minėtų šešių standumo skaičiavimo metodų, yra daug kitų standumo skaičiavimo metodų užsienyje, kurie čia nebus pristatomi. Kinijos mechanikos mokslininkai atliko išsamius dumplių tyrimus ir eksperimentinę analizę, pasiekę vaisingų rezultatų. Svarbiausi tyrimo metodai yra šie:
(1) Perturbacijos metodas
(2) Skaitmeninės integracijos pradinis parametrų metodas
(3) Integralinės lygties metodas
(4) Perturbacijos baigtinių elementų metodas. Visi šie metodai gali suteikti gana tikslius dumplių skaičiavimus. Tačiau dėl pažangios teorinės ir skaičiavimo matematikos taikymo jų inžinerinis pritaikymas yra šiek tiek sudėtingas ir sunkiai įvaldomas, todėl reikia toliau populiarinti ir skatinti.
Standumo apskaičiavimas, kai metalinės dumplės naudojamos kartu su spiralinėmis spyruoklėmis
Kai naudojimo metu reikalingas didelis standumas, tačiau pačios metalinės dumplės standumas yra palyginti mažas, galima laikyti, kad cilindrinė sraigtinė spyruoklė įdedama į dumplių vidų arba išorę. Tai ne tik pagerina visos elastinės sistemos standumą, bet ir labai sumažina histerezės sukeliamą paklaidą. Šios sistemos elastingumas daugiausia priklauso nuo spyruoklės savybių ir silfono efektyvaus ploto stabilumo.
Silfonų lenkimo standumas
Silfonų įtempių skaičiavimas
Metalinis silfonas, kaip elastingas sandarinimo komponentas, pirmiausia turi atitikti stiprumo reikalavimą, o tai reiškia, kad jo didžiausias įtempis neviršija leistino įtempio tam tikromis sąlygomis. Leistiną įtempį galima gauti padalijus ribinį įtempį iš saugos koeficiento. Priklausomai nuo silfono darbo sąlygų ir naudojimo reikalavimų, didžiausias įtempis gali būti takumo riba, kritinis įtempis, kuriam esant silfonas tampa nestabilus, arba atsparumas nuovargiui ir tt Apskaičiuojant didžiausią silfono darbinį įtempį reikia išanalizuoti įtempių pasiskirstymą dumplių sienelėje.
Silfono įtempimą sukuria sistemoje esantis slėgis ir silfono deformacija. Slėgis sukuria žiedinį įtempį dumplėms, o radialinės membranos ir lenkimo įtempiai susidaro bangos šonuose, loviuose ir viršūnėse. Ploni apvalkalai, kurie negali atsispirti lenkimui, kartais vadinami membranomis, o įtempis, apskaičiuotas neatsižvelgiant į lenkimą, vadinamas membranos įtempimu. Radialinis membranos įtempis ir lenkimo įtempis susidaro deformuojant silfonui. Kai silfonai veikia, kai kurie patiria vidinį slėgį, o kiti – išorinį. Pavyzdžiui, dumplių kompensacinės jungtys ir metalinės žarnos dažniausiai patiria vidinį slėgį, o dumplės, naudojamos vožtuvo koto sandarikliams, paprastai turi išorinį slėgį. Šioje analizėje daugiausia dėmesio skiriama dumplių įtempimui esant vidiniam slėgiui. Silfonų gebėjimas atlaikyti išorinį slėgį paprastai yra didesnis nei jų gebėjimas atlaikyti vidinį slėgį. Plačiai pritaikius silfonus, buvo atlikta išsami silfono įtempių analizė, tyrimai ir eksperimentinis patikrinimas, todėl buvo sukurta daug skaičiavimo formulių, programų ir schemų inžineriniam projektavimui. Tačiau kai kurie metodai yra nepatogūs naudoti dėl sudėtingų diagramų ar programų, o kiti daro pernelyg supaprastintas arba idealizuotas prielaidas, todėl sunku užtikrinti saugų ir patikimą naudojimą. Daugelio metodų inžinierių bendruomenė nepriėmė. Todėl tik keli metodai tikrai atitinka praktinius reikalavimus. Du dažniausiai naudojami metodai yra šie:
Skaitinis dumplių įtempių skaičiavimo metodas
Taikant šį metodą daroma prielaida, kad visoms dumplėms taikomos tos pačios sąlygos, ir skaičiuojant tiria tik vieną dumplių pusę{0}}bangos. Taigi tyrime galinės dumplės nenagrinėtos, nors galinių dumplių ribinės sąlygos skiriasi nuo vidurinių dumplių. Skaitinis metodas pagrįstas E... Sprendimas gaunamas iš Lesnerio pasiūlytų netiesinių lygčių, skirtų plonasienei besisukančio kevalo, kurio sienelės storis skiriasi, ašies simetriškai deformacijai. Išvedant E. Lesnerio lygtis, taikomos bendrosios plono -apvalkalo teorijos prielaidos, įskaitant: prielaidą, kad storis yra labai mažas, palyginti su pagrindiniais apvalkalo kreivumo spinduliais; o medžiagos homogeniškumo ir izotropijos prielaidos. Šios prielaidos taip pat įtraukia tam tikrų skaičiavimų klaidų. Taip yra todėl, kad gaminant silfonus valcavimas, tempimas ir vėlesnis rutulio plastiko formavimas sukelia anizotropiją ir ne{10}}tolygumą medžiagos mechaninėse savybėse.
Amerikos EJMA streso skaičiavimo metodas
Silfonų efektyvaus ploto skaičiavimas
Efektyvus plotas yra vienas iš pagrindinių silfono veikimo parametrų. Tai apibūdina dumplių gebėjimą paversti slėgį koncentruota jėga. Tais atvejais, kai silfonai naudojami slėgiui paversti koncentruota jėga, efektyvusis plotas yra esminis parametras.
Kai silfonas naudojamas jėgos{0}}subalansuotuose instrumentuose, jos efektyvios srities stabilumas tiesiogiai veikia instrumento tikslumą. Todėl tokioms reikmėms ne tik reikalingas pagrįstas efektyvus plotas, bet ir eksploatacijos metu efektyvusis plotas turi likti nepakitęs, nepaisant darbo sąlygų.
1. Efektyvios srities samprata ir pokyčiai
Efektyvioji sritis yra lygiavertė sritis, kurioje veikiamas slėgis sukurs vienodą ašinę jėgą. Paprastai silfono efektyvusis plotas mažėja didėjant vidiniam slėgiui ir didėja didėjant išoriniam slėgiui.
2. Efektyvus dumplių tūrinis plotas
Silfono tūrio pokyčio, veikiant išorinei jėgai arba slėgio skirtumui, santykis su atitinkamu efektyviojo ilgio pokyčiu vadinamas jos efektyviuoju tūriniu plotu.
3. Silfono naudingojo ploto apskaičiavimas
Silfono naudingojo ploto reikalavimai ir skaičiavimo metodai priklauso nuo jo paskirties. Jei silfonas naudojamas kaip elastingas sandariklis arba dujotiekio šiluminei kompensacijai, efektyvusis plotas yra reikšmingas tik apskaičiuojant ašinę jėgą formuojant silfoną ir trauką sistemoje. Dažnai skiriasi apskaičiuotas ir išmatuotas silfono efektyvusis plotas. Paprastai efektyvųjį plotą pakanka apskaičiuoti pagal konkrečią formulę.
Kai silfonai naudojami jėgos balansavimo prietaisuose ir įrenginiuose, kuriuose slėgį reikia paversti jėga, jų efektyvusis plotas turi būti tiksliai nustatytas, todėl reikia atlikti individualius matavimus.
Jautrumas: metalinių silfonų ir kitų elastingų elementų poslinkis veikiant vienetinei apkrovai vadinamas elemento jautrumu. Kietumas ir jautrumas yra pagrindiniai dumplių ir kitų tamprių elementų funkciniai parametrai, tačiau tai yra du skirtingi būdai išreikšti tą pačią eksploatacinę charakteristiką. Skirtingose situacijose analizei palengvinti galima naudoti bet kurį parametrą.
Efektyvi sritis: elastingiems elementams, kurie konvertuoja slėgį-jėgą ar jėgos-slėgį, kitas svarbus funkcinis rodiklis yra efektyvusis plotas. Efektyvusis plotas reiškia koncentruotos jėgos, kurią tamprus elementas gali paversti, kai jo poslinkis yra lygus nuliui, esant vienetiniam slėgiui, dydį.
Tarnavimo laikas: Elastiniai elementai veikia dviem būsenomis: viena veikia esant tam tikroms apkrovos ir poslinkio sąlygoms, išlaikant pastovią arba minimaliai besikeičiančią apkrovą ir poslinkį, vadinamą statiniu veikimu; kitas – kai apkrova ir poslinkis nuolat ir cikliškai kinta, o elementas yra ciklinio veikimo būsenoje. Dėl skirtingų veikimo būsenų skiriasi ir elemento pažeidimo ar gedimo režimai. Prietaiso elastingi jautrūs elementai veikia savo tamprumo diapazone, iš esmės esant statinei veikimo būsenai, ir turi labai ilgą tarnavimo laiką, paprastai siekia nuo dešimties tūkstančių iki šimtų tūkstančių ciklų. Silfonų-tipo komponentai, naudojami inžinerijoje, kartais veikia elastingo-plastiko diapazone arba veikia kintamu įtempimu, o jų eksploatavimo trukmė yra tik nuo kelių šimtų iki tūkstančio ciklų. Kai komponentai naudojami cikliškai, turi būti nurodytas leistinas tarnavimo laikas, įskaitant ciklų skaičių, laiką ir dažnį.
Vardinis elastingo elemento eksploatavimo laikas yra numatomas eksploatavimo laikas, nustatytas elemento projektavimo metu, reikalaujantis, kad per šį laikotarpį elementas nepatirtų nuovargio, nepažeistų ar nesugestų.
Sandarinimo efektyvumas: sandarinimo efektyvumas reiškia elemento gebėjimą užkirsti kelią nuotėkiui esant tam tikram vidinio ir išorinio slėgio skirtumui. Silfonų-tipo komponentai veikia, kai jų vidinė ertmė yra užpildyta dujomis arba skystomis terpėmis esant slėgiui, todėl turi būti užtikrintas sandarumas. Sandarinimo efektyvumo tikrinimo metodai apima pneumatinio sandarinimo bandymus, nuotėkio bandymus, skysčio slėgio bandymus ir nuotėkio aptikimą naudojant muiluotą vandenį arba helio masės spektrometrą.
Natūralus dažnis: Pramonėje naudojami elastiniai elementai dažnai veikia aplinkoje, kurioje yra tam tikras vibracijos laipsnis. Kai kurie komponentai naudojami kaip vibraciją izoliuojančios dalys ir patys yra veikiami vibracijos. Tampriems elementams, naudojamiems ypatingomis sąlygomis, būtina užtikrinti, kad elemento natūralusis dažnis (ypač pagrindinis dažnis) nebūtų artimas bet kurio sistemos vibracijos šaltinio dažniui, kad būtų išvengta rezonanso ir pažeidimų. Silfonų komponentai plačiai naudojami įvairiose srityse. Kad nebūtų pažeisti dumplių rezonansiniai paviršiai, dumplių natūralusis dažnis turi būti mažesnis už sistemos vibracijos dažnį arba bent 50 % didesnis.
Darbinė temperatūra: Metalinių silfonų komponentų darbinės temperatūros diapazonas yra platus ir paprastai nurodomas prieš projektuojant ir gaminant elastingą elementą. Kai kurios specialios paskirties silfonai turi vidines ertmes, kurios gali atlaikyti skystą deguonį (-196 laipsnių) arba net žemesnę temperatūrą, pavyzdžiui, skystą azotą, kurių atsparumas slėgiui yra iki 25 MPa. Didelėms dumplinėms kompensacinėms jungtims (kartais kurių vardinis skersmuo viršija 1 m), naudojamos vamzdynų sistemos jungtims, reikalingas 4 MPa atsparumas slėgiui, 400 laipsnių atsparumas temperatūrai ir tam tikras atsparumo korozijai laipsnis. Elastinio elemento prisitaikymas prie temperatūros priklauso nuo naudojamos elastinės medžiagos atsparumo temperatūrai. Todėl, gaminant kvalifikuotus silfono komponentus, būtina pasirinkti elastingą medžiagą su atitinkamais temperatūros parametrais, atsižvelgiant į elastingo elemento darbinės temperatūros diapazoną.
