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波纹管的性能指標
剛度
使金屬波纹(wen)管(guan)或其它弹性元件產生單位位移所需要的载荷值称為元件的剛度，一般用“K”表示。如果元件的弹(dan)性特性是非線性(xing)的，則(ze)剛度不再(zai)是常数，而(er)是随着载荷的(de)增大发生變化。一般工程用的(de)波(bo)纹管類弹性元件，剛度允差(cha)可限定在+/-50%之内(nei)。波纹管的剛度按照载荷及位(wei)移性質不同，分為轴向剛度、弯(wan)曲剛(gang)度、扭轉剛度(du)等(deng)。在波纹管的應用中(zhong)，絕大多数的受力情(qing)况是轴向(xiang)载荷，位(wei)移方式為線位移。以下是(shi)几種(zhong)主要的波纹管轴向剛度設計計算方法：
1．能量法計算波纹管剛(gang)度
2．經驗公式計算波纹管剛度
3．数值法計算波纹管剛度(du)
4．EJMA標準的剛度計算方法
5．日本TOYO計算剛度方法
6．美國(guo)KELLOGG（新(xin)法）計算剛度方法
除了上(shang)述六種剛度計算方(fang)法之外，國外還有許多(duo)種其它的計算剛度(du)的方法，在此不再介紹。我國的力學工作者在波纹管的(de)理论研究和實驗分析方面作了大量工作(zuo)，取(qu)得了豐碩的研究成果。其中主(zhu)要的研究方法是：
（1）摄動法
（2）数值积分的初參数法
（3）积分方程法
（4）摄動有限單元法
上述方(fang)法都可以對波纹管進(jin)行比较精確的計算。但(dan)是，由於應(ying)用了较深的理论和計算数學的方(fang)法，工(gong)程上應用有一定的困难(nan)，也难於掌(zhang)握，需要進一步普及推廣。
金屬波纹管與螺旋弹簧(huang)聯用時的(de)剛度計算
在使(shi)用過程中，對剛度要求(qiu)较大，而金屬波纹管本身剛度又较(jiao)小時，可以考虑在波纹管的内腔或(huo)外部配置(zhi)圆柱螺旋弹簧。这樣不仅可以(yi)提高整個弹性系統的剛度，而且迟滞引起的误差也可以大為减小。这種(zhong)弹性系統(tong)的弹性性能主要取決於弹簧的特性和波纹管有效面积的稳定性。
波纹管的弯曲剛度
波纹管的應力計算
金屬波纹管作為弹性密封零(ling)件(jian)，首先要满足強度条件(jian)，即其應力不超過給定条件下的許用應(ying)力。許用應(ying)力可由極限應力除以安全系(xi)数得出。根據波纹管的工作条件和對它的使用要求，極限應力可以是屈服強度，也可以是波纹管失稳時的臨(lin)界應(ying)力，或者是(shi)疲劳強度等。要計算波纹管大工作應力必须(xu)分析波纹管管(guan)壁中的應力分布。
波纹管上的應力是由系統中的壓力和波纹管變形所產生的。壓力在波纹管上(shang)產生環(huan)（周向(xiang)）應力，而在波的侧壁、波谷和波(bo)峰處產生径向的薄(bao)膜和弯曲應力。不能抗弯的薄壳有時称(cheng)為薄膜，忽略弯曲而算得的應力則称為薄(bao)膜應(ying)力。波纹管變(bian)形時產(chan)生径向薄膜應力和弯曲應力。波纹管在(zai)工作時，有(you)的承受内壓，有的承受外壓，例如波纹膨胀節和金(jin)屬软管(guan)在多数情况下其波纹管承受内壓，而用(yong)於阀門阀杆密封的波纹管一般情况下承受(shou)外壓在这里主要分析波纹管承受内壓時的應力，波纹管承受(shou)外壓的能力一般(ban)情况下高於耐内壓能力。随着(zhe)波纹管的(de)廣泛應用，人們對波纹管的(de)應力(li)進行大量的分析研究和實驗驗證工作，提出了許多供工程設計使用(yong)的計算公(gong)式、計(ji)算程(cheng)序和圖表。但(dan)是，有的方法由於(yu)圖表或程序繁(fan)复使用不方便，有的方法假設条件(jian)不是過於(yu)簡化就是過於理想，难以保證使用上的安全可靠(kao)，不少方法(fa)未能為工程界所接受。因此，真正符合實用要求的方法為数不多。應用比较(jiao)普遍的方法有(you)如下兩種：
1．数值法計算波纹管應力(li)
假(jia)定波纹管的全部波纹都(dou)處於同一条件下，在計算時只(zhi)研究波(bo)纹管波纹的單個半波。这樣，在研究中就不考虑(lv)端部波纹，虽然端部波纹的边界条件與(yu)中間波纹有(you)所不同。数值法是(shi)根(gen)據E．列斯涅爾(er)對於變壁(bi)厚回轉薄壳產生轴向對称變形時所列的非線性方程來解的。在推(tui)导E．列(lie)斯涅爾(er)方程時，應(ying)用了薄壳理论的一般假定，其中包括：與(yu)環壳曲率主半径(jing)相比厚度很小的假定；材料(liao)的均一性和各向同性的假定。采用上述假(jia)定也會給(gei)計算带來一定的误差。因為在(zai)製造波纹管時，管坯(pi)的轧製，拉深和随后的波纹塑性成(cheng)形會造成材料力學性能上的各向异(yi)性和不均匀性。
2．美國EJMA應力計算方法
波纹管的(de)有效面积計(ji)算
有效面(mian)积是波纹管的基本性能(neng)參数之一，它表征波纹管將壓力(li)轉(zhuan)换為集中力的能力，在利(li)用波纹管把壓力變成集中力輸出的場合，有效面积就是一個重要參数。
波纹管用於力平衡式儀表時，其有效面积的稳定性會直接影響着儀表的(de)精度。所以在这種場合不(bu)但要求波纹管具有合理的有效面积(ji)，而且還要求有(you)效面积在工作過程中(zhong)不随工作条件而變化。
1．有效面积的概念和有效(xiao)面积的(de)變化
有效面积是一個等效的面积，壓力作用在这個面积上(shang)將(jiang)產生相等的轴向力。一般情(qing)况下，随着内壓力的增大(da)，波纹管有效面积(ji)變小，面随外壓力的(de)增加(jia)，有效面积變(bian)大。
2．波纹管的體积有效面积
波纹管在外力或壓差作用下，其體积變化量與相應的有(you)效长度的變化量之比值(zhi)称為體积有效面积。
3．波纹管有效面积的(de)計算
對波纹管有效面积提出的要求及(ji)其計算方法取決於波纹管的(de)用途。如果波纹管用作(zuo)弹性密封件或管路熱补偿時(shi)，有效面积的意義仅在於用來計算波(bo)纹管(guan)成形時的轴向力和使用系統中的推力。波纹管的有效面积(ji)計算值與實測值之間急(ji)有一些差別。一般情况下(xia)用專用公(gong)式計算波纹管的有效面积，是可以满足(zu)需要的。
当波(bo)纹管用於力平衡儀表和需要將壓力轉换為力的場臺(tai)，應準確確定其有效面(mian)积，要求逐個進行測量。
灵敏度
金屬波纹管及其它弹性元件承受單位载荷時所產件的位侈量(liang)称為元件的(de)灵敏度。剛度(du)和灵敏度是波纹管及其它弹性(xing)元件的主要功能參数，但它們又是同(tong)一使用特性(xing)的兩種不同的表示方法。對於不同的場合，為便於分析(xi)問題，可采(cai)用其中任何一種參数(shu)。
有效面积
對於實現壓力一(yi)力(li)或力一壓力轉换的弹性元件，還有一個重要的功能指(zhi)標是有效(xiao)面积。有效面积是指弹(dan)性(xing)元件在單位壓力作用下，当其位移為零時所能轉(zhuan)换成集中力的大(da)小。
使用寿命
弹性元件下(xia)作時有兩種状態(tai)；一種是在(zai)一定(ding)的载荷和位移情况下工作，並保持载(zai)荷、位移始終不變(bian)或很(hen)少變化，称為静態工作；另一種使用情况(kuang)是载(zai)荷和位移不断周期往复交替變化．元件處於循環(huan)工(gong)作状態。由(you)於工作(zuo)状態的不同，元件损坏或失(shi)效的模式(shi)也不同。儀表弹性敏感元(yuan)件工作在(zai)弹性範围内，基本上處於静(jing)態工作状(zhuang)態，使用寿命很长，一般達(da)到数萬次(ci)到数十萬次。工程中應用的波纹管類組件(jian)，有時工作在弹塑性範围(wei)或交變應(ying)力状態，寿命只有成百上干(gan)次(ci)。元件在循環工(gong)作時必须給(gei)定許用工作寿命，規定循環次数、時間和頻率。
弹性元(yuan)件的额定寿命是元件設計時定出的预期使(shi)用寿命，要(yao)求(qiu)在这段期間内元件不允許出現疲劳、损坏(huai)或失效等現象。
密封性
密封性是指元件在一定的(de)内(nei)、外壓差作用下(xia)保證不泄(xie)漏的性能。波纹管類組(zu)件工作時，内(nei)腔充有氣(qi)體或液體介質，並有一定的(de)壓力(li)，因此必须保(bao)證密封性。密(mi)封性的檢測方法有氣壓(ya)密封性試驗、渗(shen)漏(lou)試驗、液體加壓試驗、用肥(fei)皂水或氦質(zhi)谱檢漏儀檢測。
自振頻率
在工業中使用的弹性元件，其工作環境往往都有一定(ding)程度(du)的振動，有些元件用作(zuo)隔振部件(jian)．本身就處(chu)在振動条件下(xia)。對於在特殊条件下應用的(de)弹性元件(jian)，必(bi)须防止元件的自振頻率（特別是基頻）與系統(tong)中任何一(yi)種振動源振頻相近，避(bi)免发生共(gong)振而引起损坏。波纹管類組件在各種领域(yu)中得到了廣泛的(de)應用，為避免波纹管发生(sheng)共振面损(sun)坏，波纹管的(de)固有頻率應低於系統的振動頻率，或(huo)至少比系(xi)統振頻高出50%。
使用温度
金屬(shu)波(bo)纹管類組件的使用温度範围很宽，一般都在(zai)弹性元件設計製造前(qian)給出。有(you)些特殊用途的波纹管，内(nei)腔通過液氧（-196℃）或更低温度的液氮，耐壓高達25MPa。管網系統(tong)连接用的大型波纹膨胀節（公(gong)称直径有(you)時超過lm），要求承(cheng)壓(ya)4MPa，耐(nai)温400℃，且有一定的耐(nai)腐蚀稳定性。弹性元件的温(wen)度適(shi)應能力取決於所采用弹性材料的耐温性能。因此根據弹性元件(jian)的使用温度範围，選用合(he)適温度性能參数的弹性(xing)材料，才能加(jia)工製造出合格的波纹管類組(zu)件。
