波纹管的性能目的 (波纹管的性能指标)

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• 波纹管的性能目的
• 一文读懂薄膜应力及翘曲度测量仪（1）

波纹管的性能目的

使金属波纹管或其它弹性元件发生单位位移所须要的载荷值称为元件的刚度，普通用“K”示意。

假设元件的弹性个性是非线性的，则刚度不再是常数，而是随着载荷的增大出现变动。

普通工程用的波纹管类弹性元件，刚度允差可限定在+/-50%之内。

波纹管的刚度依照载荷及位移性质不同，分为轴向刚度、笔挺刚度、改动刚度等。

在波纹管的运行中，绝大少数的受力状况是轴向载荷，位移方式为线位移。

以下是几种关键的波纹管轴向刚度设计计算方法：1．能量法计算波纹管刚度2．阅历公式计算波纹管刚度3．数值法计算波纹管刚度4．EJMA 规范的刚度计算方法5．日本TOYO 计算刚度方法6．美国KELLOGG（新法）计算刚度方法除了上述六种刚度计算方法之外，国外还有许多种其它的计算刚度的方法，在此不再引见。

我国的力学上班者在波纹管的实践钻研和实验剖析方面作了少量上班，取得了丰厚的钻研成绩。

其中最关键的钻研方法是：（1）摄动法（2）数值积分的初参数法（3）积分方程法（4）摄动有限单元法上述方法都可以对波纹管启动比拟准确的计算。

然而，由于运行了较深的实践和计算数学的方法，工程上运行有必定的艰巨，也难于把握，须要进一步遍及推行。

金属波纹管与螺旋弹簧联用时的刚度计算在经常使用环节中，对刚度要求较大，而金属波纹管自身刚度又较小时，可以思考在波纹管的内腔或外部性能圆柱螺旋弹簧。

这样不只可以提高整个弹性系统的刚度，而且通畅惹起的误差也可以大为减小。

这种弹性系统的弹性性能关键取决于弹簧的个性和波纹管有效面积的稳固性。

波纹管的笔挺刚度波纹管的应力计算金属波纹管作为弹性密封整机，首先要满足强度条件，即其最大应力不超越给定条件下的许用应力。

许用应力可由极限应力除以安保系数得出。

依据波纹管的上班条件和对它的经常使用要求，极限应力可以是屈服强度，也可以是波纹管失稳时的临界应力，或许是疲劳强度等。

要计算波纹管最大上班应力必定剖析波纹管管壁中的应力散布。

波纹管上的应力是由系统中的压力和波纹管变形所发生的。

压力在波纹管上发生环（周向）应力，而在波的侧壁、波谷和波峰处发生径向的薄膜和笔挺应力。

不能抗弯的薄壳有时称为薄膜，疏忽笔挺而算得的应力则称为薄膜应力。

波纹管变形时发生径向薄膜应力和笔挺应力。

波纹管在上班时，有的接受内压，有的接受外压，例如波纹收缩节和金属软管在少数状况下其波纹管接受内压，而用于阀门阀杆密封的波纹管普通状况下接受外压在这里关键剖析波纹管接受内压时的应力，波纹管接受外压的才干普通状况下高于耐内压才干。

随着波纹管的宽泛运行，人们对波纹管的应力启动少量的剖析钻研和实验验证上班，提出了许多供工程设计经常使用的计算公式、计算程序和图表。

然而，有的方法由于图表或程序简约经常使用不繁难，有的方法假定条件不是过于简化就是过于现实，难以保障经常使用上的安保牢靠，不少方法未能为工程界所接受。

因此，真正符适宜用要求的方法为数不多。

运行比拟普遍的方法有如下两种：1．数值法计算波纹管应力假定波纹管的所有波纹都处于同一条件下，在计算时只钻研波纹管波纹的单个半波。

这样，在钻研中就不思考端部波纹，只管端部波纹的边界条件与两边波纹有所不同。

数值法是依据E．列斯涅尔关于变壁厚回转薄壳发生轴向对称变形时所列的非线性方程来解的。

在推导E．列斯涅尔方程时，运行了薄壳实践的普通假定，其中包含：与环壳曲率主半径相比厚度很小的假定；资料的均一性和各向异性的假定。

驳回上述假定也会给计算带来必定的误差。

由于在制作波纹管时，管坯的轧制，拉深和随后的波纹塑性成形会形成资料力学性能上的各向异性和不平均性。

2．美国EJMA 应力计算方法波纹管的有效面积计算有效面积是波纹管的基本色能参数之一，它表征波纹管将压力转换为集中力的才干，在应用波纹管把压力变成集中力输入的场所，有效面积就是一个关键参数。

波纹管用于力平衡式仪表时，其有效面积的稳固性会间接影响着仪表的精度。

所以在这种场所岂但要求波纹管具备正当的有效面积，而且还要求有效面积在上班环节中不随上班条件而变动。

1．有效面积的概念和有效面积的变动有效面积是一个等效的面积，压力作用在这个面积上将发生相等的轴向力。

普通状况下，随着内压力的增大，波纹管有效面积变小，面随外压力的参与，有效面积变大。

2．波纹管的体积有效面积波纹管在外力或压差作用下，其体积变动量与相应的有效长度的变动量之比值称为体积有效面积。

3．波纹管有效面积的计算对波纹管有效面积提出的要求及其计算方法取决于波纹管的用途。

假设波纹管用作弹性密封件或管路热补救时，有效面积的意义仅在于用来计算波纹管成形时的轴向力和经常使用系统中的推力。

波纹管的有效面积计算值与实测值之间急有一些差异。

普通状况下用公用公式计算波纹管的有效面积，是可以满足须要的。

当波纹管用于力平衡仪表和须要将压力转换为力的场台，应准确确定其有效面积，要求一一启动测量。

弹性元件下作时有两种形态；一种是在必定的载荷和位移状况下上班，并坚持载荷、位移一直不变或很少变动，称为静态上班；另一种经常使用状况是载荷和位移一直周期往返交替变动．元件处于循环上班形态。

由于上班形态的不同，元件损坏或失效的形式也不同。

仪表弹性敏感元件上班在弹性范畴内，基本上处于静态上班形态，经常使用寿命很长，普通到达数万次到数十万次。

工程中运行的波纹管类组件，有时上班在弹塑性范畴或交变应力形态，寿命只要成百上干次。

元件在循环上班时必定给定许用上班寿命，规则循环次数、时期和频率。

弹性元件的额外寿命是元件设计时定出的预期经常使用寿命，要求在这段时期内元件不准许出现疲劳、损坏或失效等现象。

作用在金属波纹管及其它弹性元件上的各种预期的负荷值，如集中力F、压力p 和力矩M 等。

在金属波纹管类弹性元件经常使用时，除给定施加的载荷值外，还须给定载荷的作用方向及作用位置。

关于压力载荷，还要说明弹性元件是接受内腔压力或外腔压力。

金属波纹管及其它弹性元件在反常上班条件下准许经常使用的最大载荷值或满量程值。

它通常是预期的设计值，或是对产品原型经过实践检测后再经修定的设计值。

详细弹性元件产品在上班中经受瞬间或实验时期准许超越额外载荷而不出现损坏、失效、失稳时的承载才干。

关于仪表弹性敏感元件，普通限定超载才干为额外载荷的125%。

在工程中经常使用的波纹管类组件，普通限定在额外载荷的150%。

依据工程要求，当要求大的安保系数时，经常使用的弹性元件规则不准许有任何超载，因此载荷必定小于或等于额外载荷值。

金属波纹管及弹性元件中某一特定点（自在端或核心）的位置变动。

依照其静止轨迹，可分为线位移和角位移。

在外界载荷作用下，金属波纹管或许发生轴向位移、角向位侈及横向位移。

金属波纹管及弹性元件在额外载荷作用下所惹起的位移值，也就是它们在反经常常使用条件下准许发生的上班位移。

各类弹性元件在上班瞬间或实验时期准许超越额外位移的接受才干。

在出现超载位移时，弹性元件不应出现损坏、失效、失稳等状况。

关于仪表弹性敏感元件，超载位移普通限定在额外位移的125%，工程中经常使用的波纹管类组件，应依据工程条件和安保水平确定。

金属波纹管及其它弹性元件在某一指定煮上的位移与作用载荷之间的相关称为弹性个性，而位移和载荷都应存元件资料的弹性范畴内波纹管类组件的弹性个性可以用函数方程、表格与曲线图等方式示意。

其弹性个性取决于各类弹性元件的结构及加载方式。

元件的弹性个性可以是线性的或非线性的，非线性还可分为递增个性和递减个性两种。

弹性个性是波纹管及其它弹性元件的一个关键性能目的。

仪器仪表和测量装置中经常使用的弹性元件，在设计时普通总是力图使元件的输入量与被测参数（载荷）之间呈线性相关。

这样可以驳回较繁难的传动加大机构成功仪表的等分刻度。

金属波纹管及其它弹性元件的剩余变形是指加载后元件发生位移，而卸载后再经过相当长的一段时期弹性元件仍不能回复到原始位置．发生一个终身变形的残留值。

元件的剩余变形里与经常使用形态无关。

当拉伸（或紧缩）的位移里逐渐增大到必定的位移值后，剩余变形将清楚参与。

剩余变形是判定弹性元件变形才干的参数关于弹性敏感元件，假设在到达额外位移值后发生了较大的剩余位移，这将影响仪表的测量精度。

因此．普通对剩余变形量给出必定的界限值。

在工程中运行的波纹管类组件（如波纹收缩节），有时为获取较大的位移，使元件上班在弹塑性区，会出现较大的剩余变形。

如能满足必定的经常使用寿命而不失效．这时剩余变形量不再思考。

一文读懂薄膜应力及翘曲度测量仪（1）

在芯片制作流程中，薄膜应力对产质量量至关关键。

薄膜因资料与温度差异发生收缩系数不一，造成应力发生：衬底收缩系数小于薄膜时发生张力；反之发生压应力。

过大的应力或许造成薄膜分裂、剥落、金属镀层变形等疑问，重大影响芯片质量。

因此，须要薄膜应力测量系统确保晶圆在后续工艺中不因应力误差造成产品损失。

激光测量仪是处置薄膜应力疑问的有效手腕。

它经过激光测量样本形貌，比拟镀膜前后衬底曲率半径变动，运行斯托尼方程计算应力。

此方法防止了接触式测量或许造成的外表划伤，提供高精度与效率，逐渐成为干流。

关于水平面与曲面，测量后将值代入斯托尼方程，即可取得翘曲度。

同时，测量仪还能提供弓高值，正数值示意边缘高于核心（碗状），正数值示意边缘低于核心（圆顶外形），进一步剖析薄膜外形。