Мембраны и их конструкции, расчет характеристик

Мембрана – гибкая пластина способная получить заметный прогиб под действием давления или определенной силы. Основные размеры определяют эксплутационные свойства мембраны. d^н – диаметр, d^u – диаметр жесткого центра, d - толщина. Под действием давления Р на мембрану, заделанную по контуру, центр ее перемещается на l и мембрана изгибается как в радиальном так и в окружном направлении. Деформация изгиба и изгибающие моменты ~ l прогибу. Реальные мембраны с нелинейной характеристикой p=Al+Bl (А и В - коэффициенты от толщины и коэффициента Пуассона m). При нанесении на поверхность мембраны кольцевых гофров резко падает жесткость на растяжение в радиальном направлении и увеличивается окружная изгибная жесткость. С увеличением глубины гофрировки характеристика становится линейной до больших прогибов, а жесткость начального участка характеристики увеличивается. У тонких мембран с большим числом мелких волн характеристика существенно нелинейна.

Трубчатые манометрические пружины

Набольшее распространение получила пружина Бурдона, представляющая собой изогнутую по длине ¾ окружности трубку сплюснутого сечения.

При подаче давления Р трубка изгибается и ее конец перемещается. Это перемещение передается механизму прибора и используется для измерения давления Р. Под давлением поперечное сечение деформируется, становясь выпуклым. Распространено у манометров для измерения давления.

Термобиметаллические пружины.

Термобиметаллические пружины состоят из 2-х пластин соединенных сваркой, пайкой, клеем и т. п. Слой с большим коэффициентом линейного расширения – активный, с меньшим – пассивный. а¹ – температурный коэффициент линейного расширения активного слоя Е¹ – модуль упругости. а² – температурный коэффициент линейного расширения активного слоя Е² – модуль упругости. При изменении температуры термобиметаллическая пружина изгибается. При нагревании в сторону пассивного, при охлаждении в сторону активного. Если деформации пружины затруднены, она начинает давить на препятствие. Используют в биметаллических термометрах. Простота конструкции, высокая надежность, низкая стоимость.

Сильфоны.

Сильфон – тонкостенная цилиндр. трубка с поперечной кольцевой гофрировкой . Два конструкционных варианта 1. Бесшумные сильфоны из тонкостенных цельнотянутых трубок 2 . Сварные из плоских гофрированных кольцевых мембран. Проще в изготовлении.

Материал с высокими упругими свойствами, поэтому дешевле и имеют хорошие хар-ки (нержавеющая сталь, берилловая бронза). Цельнотянутые прим. чаще. Осн. св-ва: К – жесткость по осевой силе; λ_max – max раб. код; P_max – max раб. давление.

Упругая характеристика сильфонов по давлению практики линейна, но при сжатии жесткость <, чем при растяжении, а max раб. код при сжатии >. Поэтому работу сильфонов предусматривают при сжатии. Осн. применение: в качестве упругих герметичных разделит-й раб. среды, атм. воздуха и в кач-ве измерит-х преобразователей давления.

Ввиду того, что сильфоны, особенно цельнотянутые, имеют заметный гистерезис до 1-2% их иногда используют совместно с пружинами. F=Fc+Fn=λ*Kc+ λ*Kп, F=p*Aэгр.