2020-01-14
260
Сильфоны представляют собой тонкостенные трубки с гофрированной боковой поверхностью. Преимуществами сильфонов являются:
- Большая чувствительность по давлению и большое тяговое усилие;
Рис 2.
- Линейность упругой характеристики.
Примем объем меха 1 литр = 10 
мм 
, высоту меха L = 100 мм.
Материал – резина.
Тогда эффективная площадь меха будет рассчитываться по формуле
S = 
= 
=10 
мм 
(1)
Средний радиус меха R 
= 
= 
=39,9 
40 мм. (2)
Зная, что R = 
=40, то R 
+R 
=2R . Отсюда R 
=30 мм, R 
=50 мм.
Угол наклона стенки гофра к горизонтали находится по формуле:
, [1. C. 265] (3)
где:
– угол наклона стенок гофр меха к горизонтали,
t – шаг волны гофрировки,
r – радиус закругления гофра.
= 
=0.3929 
.
Жесткость меха K 
рассчитывается по формуле:
K = 
, [1. C. 270] (4)
где:
Е – модуль упругости (Е=8*10 Па для резины) [],
h 
– толщина стенки меха,
n – число рабочих гофров,
– безразмерная жесткость, определяется по номограммам (по штриховым линиям, характеризующим относительную жесткость) и зависит от величин:
|
|
|
, 
, 
; [1. C. 265] (5)
Пусть r = 3 мм, t = 15 мм, h = 1 мм, n = 7. Тогда:
, k = [1,5…1,7]; m = 
=0,1; 
= 
=0,03
По номограммам определяем для случая нагружения осевой силой при растяжении и сжатии (условие свободного хода 
0, p = 0). Она равна 6,05.
Тогда K =6,05 
=8,6843 Н/м
К числу основыных рабочих свойств сильфона относятся циклическая прочность, под которой подразумевается число циклов, выдерживаемое сильфоном до разрушения, при переменных нагрузках.
Исследование циклической прочности проводят в основном эксперементальным путем. В ГОСТ 21482-76 и ГОСТ 21754-76 приведены номограммы для определения числа циклов до разрушения бесшовных и сварных сильфонов.
Традиционная оценка циклической прочности, принятая при расчете деталей машин, основанная на сопоставлении напряжений цикла в опасной точке детали с пределом выносливости материала, который определяют при испытании стандартных образцов. Однако изучение усталостных характеристик материалов, применяемых для изготовления сильфонов, на образцах практически невозможно из-за трудностей точного воспроизведения в образце механического состояния материала сильфона. Это связано с тем, что технология изготовления бесшовных сильфонов предопределяет существенный разброс велечины пластической деформации, а следовательно и механических свойств в разных точках сильфона. По этому следует считать целесообразным изучение циклопрочности не на образцах материала, а на самих сильфонах, которые испытывают при каком-нибудь определенном цикле нагружения.
|
|
|
В [1] приведены усредненные номограммы для определения циклической прочности сильфонов, выполненных из металлов. Известно, что полимерные изделия более пластичны и могут выдержать бóльшие относительные удлиннения, чем металлы. Так, выбранный тип резины выдерживает удлиннение в 400% без разрушения, и 600% с последующим разрушением, при этом остаточная деформация составляет не более 25%.
Для определения примерной циклической прочности необходимо знать отношение максимально допустимого удлиннения сильфона к рабочему. Наибольшее число циклов, которое можно определить по номограмме – 1'000'000 и более, при этом отношение удлиннений соответствует около 10. Далее будет вычеслен рабочий ход сильфона – 90 мм. Т.е. для обеспечения максимального ресурса, сильфон должен быть способен растягиваться до 900 мм., при этом не разрушаясь. Легко посчитать длину цилиндра – заготовки, из которой будет сделан сильфон, его длина составит 477 мм. Удлиннение до 900мм составит всего 188%. Этим можно показать, что сильфон получился очень надежным, и его ресурс будет определяться практически только естественным старением полимера.
Рис 3.
