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關於波纹管設計(ji)的理论基礎
金屬波纹管設(she)計的理论基礎是板壳理论(lun)、材料力學、計算数學等。波纹管設計的參数较(jiao)多，由於波纹管在系(xi)統中的用途不同，其(qi)設計計算的重點也不一樣。例如(ru)，波(bo)纹管用於力平(ping)衡元件，要求波纹(wen)管在工作範围内其有(you)效面积不變或變化很小，用於測(ce)量元件(jian)，要求波纹管的弹性(xing)特性是線(xian)性的；用於真空開(kai)關管作真空(kong)密封件，要求波纹管的真空密封性、轴向位移量(liang)和疲(pi)劳寿命；用於阀(fa)門作密封件，要求波纹管應具有一定的耐壓力(li)、耐(nai)腐蚀、耐温度、工作位移和疲劳寿命。根據波(bo)纹(wen)管的結構特點，可以把波纹管当(dang)作圆(yuan)環壳、扁錐壳或(huo)圆環(huan)板所組成。設計計算波纹管也就(jiu)是設計計算(suan)圆外壳、扁錐壳或團(tuan)環板。
計算的(de)參数為剛度、應力(li)、有效面积(ji)、失(shi)稳、允(yun)許(xu)位移、耐壓力和使用寿命。
耐壓力
耐壓力是波纹管性能的一個重要參数。波纹管在常温(wen)時，波形上不发(fa)生(sheng)塑性變形所能承受的静壓力，即為波纹管的大耐(nai)壓力在一般情况(kuang)下，波纹管是在一定的壓力（内壓或(huo)外壓）下(xia)工作的，所以它在(zai)整個工作過程中必须承受这個壓力而不產生塑性變(bian)形。
波纹管的耐壓力實(shi)际上屬於(yu)波纹管的強度範畴。計算的關键是應(ying)力分析，也就是分析波纹管管壁上的應力只要波纹管管壁上大應力點的應力不超過材料的屈服強度，波纹管所受的壓(ya)力就不會達到(dao)其耐壓力。
同一波纹管在其它工(gong)作条件相同時，受外壓比受内(nei)壓時的稳定性要好，所以(yi)，受外壓作用時的大耐壓力比受内壓時高(gao)。
当波(bo)纹管兩端固定(ding)，如果在其内腔通入足够(gou)大的壓力時，波纹管(guan)波(bo)峰處有可能爆破损坏。波纹管開始(shi)出現爆破時波纹管内部的壓力值称(cheng)為爆破壓力。爆破壓力是表(biao)征(zheng)波纹管大耐壓強度的參数。波纹管在整(zheng)個工作(zuo)過程中，其工作壓力(li)远小於爆破壓力，否則波纹(wen)管將破(po)裂损坏。
当波纹长度小於或(huo)等於外径時(shi)，其計算結果和實际爆破壓力很接(jie)近；對細长型波纹管其實际爆破壓(ya)力要低很多。爆破壓力(li)大約為允許工作壓力的(de)3~10倍。
稳定性
当波(bo)纹管兩端都受(shou)到限製時，如果波纹管内壓力增大至某一臨界值，波纹管就(jiu)會產生失稳現象。
允許位移
對於工作在壓(ya)縮(suo)状態的波纹管，它的大(da)壓縮位移是：波纹管在壓(ya)力作用(yong)下，壓(ya)縮到波纹之間相互(hu)彼此接触時所能產生的大位移值，也称為結構(gou)允許大位移(yi)，它等於波(bo)纹管(guan)自由长度與大壓縮长度之差。
波纹管不產生塑性變形情况(kuang)下所能获得的大位(wei)移称為波纹管的允許位移。
波纹管在實际工(gong)作過程中會產生残(can)余變形，残余變形又(you)称永久變形或塑(su)性變形，波纹(wen)管在力或壓力作用下產生變(bian)形，当力或壓力卸除(chu)后，波纹管(guan)不恢复原始状態的現象称残(can)余變形，残余變形通常用波纹管不恢复原始位置的(de)量來(lai)表示又称零位偏移。
波纹管位移與零位偏移之間的關系，无论拉(la)伸還是壓縮(suo)位移，在波纹(wen)管位移的(de)起始阶段，它(ta)的残余變形量都很小，一般都小於波纹管標準中規定的允許零位偏移值。但是(shi)，当(dang)拉伸（或壓縮）位移(yi)量逐渐增大到超過一定的位移值后(hou)，會(hui)引起零(ling)位偏移值的突然增大，这表示波纹管產生比较大的残余變形，在这之后．如果再增大一(yi)點位移(yi)量，残余變形將顯著(zhu)增加。所以波纹管一般不應超過这個位移量，不然將會嚴重的降(jiang)低其精度(du)、稳(wen)定性和(he)可靠性以及使用寿命。
波纹管在壓縮状(zhuang)態下工作時的允許壓縮位移量比工作在拉伸状態下的允許拉(la)伸位移量要大一些，所以在設計波纹管時應盡可能(neng)讓波纹管在壓縮状態下工作(zuo)。通過實驗发現(xian)，在一般情况下(xia)，同一(yi)材料、同一規格的波纹管，其允許的壓(ya)縮位移是允(yun)許的拉伸位移的1.5倍。
允許位(wei)移與波纹管的几何尺寸參数及材料性能有關(guan)。一般情况(kuang)下，波纹管的允許位移大(da)小與材料的屈服強度及外径的(de)平方成正比，而與材料的弹性模量、波纹管的壁厚(hou)成反比。同時(shi)，相對波(bo)深(shen)、波厚對它也有一定(ding)影響。
寿命
波纹管的寿命是在工作条(tiao)件下使用時，能保證正常工作(zuo)的短工作期(qi)限或循環次数。用波(bo)纹(wen)管組成的弹性密封系統，經常(chang)在承受较多循環次数的變動载荷和较大位移的条件下工(gong)作，因(yin)此(ci)確定波纹管的使用寿命，具有重要意(yi)義。因(yin)為波纹管的(de)作用不同，對其使用寿命的要(yao)求也(ye)不一樣。
（1）波纹管用來补偿管路系統中因安裝造成的位置偏差(cha)時，對其寿命要求只有几次就够(gou)了。
（2）波纹管用於開關(guan)頻率较(jiao)高的恒温控製器中，其寿命要達到10000次才能满足使用(yong)要求(qiu)。
（3）波纹管用於真空開關作為真空密封(feng)件時，其寿命要達到30000次才能保(bao)證(zheng)正常工作。
从上面三種使用實例中(zhong)可见，由於使用条件(jian)不同，波纹管要求的使用寿命相差很(hen)大。波纹(wen)管寿命與所選用材料的疲劳特性有關(guan)，同時也取決於成形波纹管的残余應力的大小、應(ying)力集中的情况和波纹管的表面質(zhi)量等。此外(wai)，使(shi)用寿命與波纹管的工作条件(jian)有關。例如：波(bo)纹管工作時的位移(yi)、壓力、温度、工作介質、振動条件(jian)、頻率(lv)範围、冲擊条件等。
波纹管在工作過程中，其寿命长短主要取決於工作(zuo)過(guo)程中產生的大應力。為了降低應力，一般通(tong)過减少波纹管的工作位移和降低工作壓力來實(shi)現。在一般設計中(zhong)規定波纹管的工作位移應小於它的允許位移的(de)一半，它的工作壓力應(ying)小(xiao)於波纹管的耐壓力的一半。
對生產的波纹管進行試驗證明，如果(guo)波纹(wen)管按上述規範工作，它(ta)的便用寿命基本土可達到5萬(wan)次(ci)左右。
根據工作壓(ya)力性質(zhi)的不同，波纹管的允許位移也(ye)有(you)所區別一般波纹管只承受轴向载荷（拉力或壓力）時，它的允許位移可在波纹管有效长度的10%~40%之間選(xuan)用；而在波纹管承受橫向集中力、扭轉力矩或(huo)綜合受(shou)力時，波纹管的允許位移應適当减小(xiao)。
應用多層波纹管可以降低剛度和變形引起的應力，因而可以在(zai)很大程度上提高波纹管的寿(shou)命。
波纹管在其它情况相同而工作壓(ya)力性質(zhi)（恒定或交變载荷）不同的条(tiao)件下工作時，其使用寿(shou)命將有差別。顯然，在交變载荷下(xia)工作時(shi)，波纹管的寿命(ming)比恒定载荷下工作時要短一些(xie)。
