Сильфоны.

Сильфон представляет собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с поперечной гофрировкой (рис. XV. 14), способную получать значительные перемещения под действием давления или осевой силы.

В приборостроении находят применение сильфоны диаметром от 8—10 до 120—150 мм с толщиной стенки мм. Они используются в широком диапазоне давлений: от сотых долей атмосферы до сотен атмосфер.

Сильфоны применяются в качестве манометрических чувствительных элементов в различных приборах: манометрах, манометрических термометрах, дифференциальных манометрах и т. д. Сильфоны могут развивать значительные перестановочные усилия, что обеспечивает малый порог чувствительности приборов и

позволяет использовать сильфоны в качестве элементов силовых приводов.

Сильфоны из полутомпака фосфористой бронзы нержавеющей стали имеют низкие упругие свойства, большой гистерезис, поэтому как измерительные упругие элементы они находят ограниченное применение или используются совместно с винтовой пружиной.

Рис. XV. 14. Сильфон

Высокую точность и стабильность упругих свойств имеют сильфоны из дисперсионно-твердеющих сплавов.

Сильфоны, изготовленные вытяжкой из тонкостенных цельнотянутых трубок, называются бесшовными.

Иногда сильфоны изготовляют сваркой из кольцевых пластин. Сварные сильфоны могут иметь большую чувствительность, чем бесшовные, так как их можно изготовить с большей глубиной гофр. Существенным недостатком сварных сильфонов является понижение коррозионной стойкости из-за наличия большого количества сварных швов. В целях увеличения прочности или для защиты от коррозии сильфоны изготовляются многослойными. Такие сильфоны имеют большой гистерезис.

Сильфон в приборе устанавливается обычно так, чтобы он работал на сжатие. При этом он выдерживает большее давление и имеет меньшую нелинейность характеристики, чем в области растяжения.

Осевое перемещение бесшовного сильфона определяют по формуле [18]

где — осевая сила;

X — перемещение дна сильфона;

— число рабочих гофр;

— толщина стенки трубки-заготовки;

— модуль упругости и коэффициент Пуассона;

— коэффициенты, зависящие от геометрии сильфона. Их значения можно определить по кривым, показанным на рис. XV. 15, а, б, где и — безразмерные параметры сильфона

При расчете все размеры сильфона определяются по среднему контуру осевого сечения.

Угол уплотнения а связан с параметрами сильфона формулой

где Т — шаг волны гофрировки сильфона (см. рис. XV. 14).

Эффективная площадь сильфона в первом приближении постоянна на рабочем участке характеристики и определяется как где средний радиус Таким образом

Уточненные решения задачи об определении перемещений и напряжений в сильфоне можно найти в работах [2, 6, 17].

Рис. XV.15. Графики коэффициентов и В

На рис. XV. 16, а - г даны номограммы для расчета чувствительности и напряжений в различных точках сильфона [6] (рис. XV. 17).

По осям координат отложены относительные величины соответствующие толщине и радиусу закругления. На графиках построены три семейства кривых:

1) безразмерная чувствительность (и — число рабочих гофр сильфона);

2) отношение эквивалентного напряжения к давлению для сильфона с неподвижными торцами;

3) отношение для сильфона, растягиваемого осевой силой (К — перемещение дна сильфона).

Номограммы построены для четырех точек полуволны сильфона, отмеченных на рис. XV. 17.. В зависимости от условий нагружения опасной может быть одна из этих точек.

При заданной геометрии сильфона с помощью номограммы легко произвести расчет на прочность и жесткость. В качестве примера определим жесткость и наибольшее эквивалентное напряжение в сильфоне при прогибе мм, если - известны: . материал — бериллиевая бронза .

Определим безразмерные параметры

По этим значениям координат находим точку на номограмме (рис. XV. 16) и соответствующие значения относительной чувствительности

и безразмерных напряжений в точках (рис. XV. 17):

Отсюда жесткость сильфона

При нагружении сильфона силой опасной будет точка 1:

Если сильфон закрепить по торцам и нагрузить давлением то опасной будет точка 3:

Номограммы могут быть использованы и при проектировании сильфона по заданным значениям жесткости и прочности.