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基于旋转接头波纹管的设计

技术学院

毕业设计

题目基于旋转接头波纹管的设计

系别机电工程系

专业机电一体化技术

班级机电

姓名

学号

指导教师

日期年9月

设计任务书

设计题目：

基于旋转接头波纹管的设计

设计目的：

通过毕业设计使学生综合运用所学的机械设计基础、机械制造等相关课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。

通过毕业设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。

提高学生的有关设计能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计（CAD、Solid Works）能力等，使学生熟悉设计资料（手册、图册等）的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。

设计要求：

由教师组织学生进行设计动员和安全教育。要求学生在毕业设计时要注意以下几点：

（1）进行设计前，应熟练掌握AutoCAD、Solid Works,还应了解仿真模型的工作原理、基本结构、特点、使用和维护，以及基本设计方法。

（2）应集中精力进行设计，出现问题时，应向指导老师请教。

（3）毕业设计过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累经验技巧，提高设计能力。

（4）设计过程中要及时检查、及时修正，并且注意计算数据的记录和整理，以及要有整体观念。

设计进度要求：

第一周：布置毕业设计任务；

第二周：开始查阅资料，进行初步计算；

第三周：画图及修改底稿；

第四周：完成电子稿；

第五周：检查电子稿及排版；

第六周：修改电子稿；

第七周：完成毕业设计；

第八周：准备毕业答辩。

指导教师（签名）：

摘要

随着三维CAD软件技术的日益成熟，市场的日益扩大，制造企业普遍认识到应用三维CAD软件是传统产业技术改造的必由之路。AutoCAD作为三维CAD软件之一，其功能涵盖了零件设计、可观性三视图和产品数据管理等方面，形成了CAD技术的高端应用市场，广泛应用与航空、航天、铁道、兵器、电子、机械等领域；该软件使用简单，操作方便，是许多工程人员的首选，也是目前最为流行的CAD软件之一，极大地促进了企业的技术创新和市场竞争力。

本设计以AutoCAD为平台，对旋转接头进行了产品结构设计。该图提高了产品的设计效率，缩短了设计周期，更使设计图形形象逼真，简单易懂。

关键词:轴承，密封垫，波纹管

摘要 ............................................................. III 1 旋转接头的简介 . (1)

1.1旋转接头的现状 (1)

1.2旋转接头的功能................................... 错误！未定义书签。

1.3旋转接头的分类 (1)

1.4旋转接头的应用范围 (5)

2 总体设计方案 (7)

2.1设计效果图 (7)

2.2波纹管的设计 (9)

2.3波纹管的主要技术参数 (10)

2.4关于应力评定的计算公式 (13)

2.5滚动轴承的设计分析 (15)

2.6密封垫的设计分析 (17)

2.7旋转接头的安装与维护 (19)

致谢 (21)

参考文献 (22)

旋转接头的简介

1.1 旋转接头的现状

高品质旋转接头和精密轴承装置在高刚性转轴上，长时间运转无振动，转轴经过特殊的热处理增加刚性，固定环封闭物是由特殊的材料，是抗磨损碳精石墨所制造的，不透水和干式运转，特别是旋转封闭面大小必须减低到最低限度，甚至在较高的压力下，经长期机械经验变得封闭面部份有较好的平衡结果，RF型接头采用青铜固定环是为在高压力200Mpa中使用。

1.2 旋转接头的功能

旋转接头可依工作情形来选择连结方式。传输介质入口可依工作情况自由选择侧边或后端进入。密封面及密封圈为特殊材料所制成的，抗磨损、寿命长、耐腐蚀、不泄漏。旋转接头内部有两个精密轴承，运转平稳持久、坚固灵活，磨擦系数小，故可以高速运转。内部密封件磨损的状况可由产品外观目测得知，可以预防机械停机或机械损坏，来达到预防的效果和减少损失。密封件磨损更换维修简易，不用重新购置新品，节省成本。单回路系列旋转接头:满足国内外各种产业需求,流体介质水(water)、蒸气(steam)、油(oil)、空气(Air)、真空(vacuum)切削液(coolant)、甲苯等化学溶剂。

1.3旋转接头的分类

单回路旋转接头

单回路旋转接头可依工作情形来选择连接方式。传输介质入口可依工作情况自由选择侧边或后端进入。密封面及密封圈为特殊材料所制成的，抗磨损、寿命长、耐腐蚀、不泄漏。旋转接头内部有2个精密轴承，运转平稳持久、坚固灵活、磨擦系数小，故可高速运转。内部密封件磨损的状况可由产品外观目测得知，可以预防机械停机或机械损坏，来达到预防的效果和减少损失。密封件磨损更换维修简易，不用重新购置新品，节省成本。

双回路旋转接头

此类旋转接头可分为双回路固定式和双回路旋转式旋转接头。密封面及密封圈为特殊材料所制成的，抗磨损、寿命长、耐腐蚀、不泄漏。内部密封件磨损的状况可由

产品外观目测得知，可以预防机械停机或机械损坏，来到预防的效果和减少损失。内有独立管路，可作不同工作情况需求做选择，来发挥最大的效益。外壳与转轴由精密轴承支撑，使旋转转动时灵活轻巧，磨擦力小，液体介质可包括水、油、空气等，运用行业甚广。密封件磨损更换维修简易，不用重新购置新品，节省成本。

旋转接头的功能是实现静止管道与旋转设备之间疏导流体介质的连接密封，并达到旋转设备所需的某种目的，例如：利用蒸汽、热水、导热油灯介质的加热，利用冷水、油或其他冷却液等介质进行冷却。

Q系列：

Q-F型：

特点是采用球面密封结构，可自动调心、自动补偿磨损。结构简单，密封性能稳定，维护方便，无需保养。适用于转速较低，同轴度较差的设备上，是应用最广泛的一种。

使用参数见表1.1

表1.1 Q-F型使用参数

Q2-F型：

使用参数见表1.2

表1.2 Q2-F型使用参数

QS-Y

结构特点：

QS-Y是专门为印染行业烘筒而特殊设计的，采用性能可靠的球面摩擦密封结构，

其结构简单能自动调心、自动补偿，连接螺纹有公制M36*4的，内管连接螺纹为M16*1.5。

使用参数见表1.3

表1.3 QS-Y型使用参数

D系列：

D-F型

结构特点：

采用波纹补偿和浮动密封环、双端面密封，摩擦系数小，降低磨损，延长使用寿命。滚动轴承支撑使旋转精度高、扭矩小，适用于高速旋转设备。在高温条件下轴承应注意定期加油。

使用参数见表1.4

表1.4 D-F型使用参数

H-F型

结构特点：

H系列外壳采用有色金属材料制成积小、重量轻、旋转灵活、零件均采用耐腐蚀材料，密封性能好。自动补偿。适用于通水冷却的旋转接头。

使用参数见表1.5

表1.5 H-F型使用参数

M系列

MS型：

结构特点：

M系列旋转接头时专门为冶金行业连铸机设计的。它用于连铸机棍子的内部冷却，以提高棍子的使用寿命。它采用平衡式密封结构，无油轴承支撑，无需润滑可自动补偿。壳体埋入辊子内部，与辊子同步旋转。零部件全部选用耐锈蚀材料，适用于通水介质。壳体与辊子采用端口密封（B型）和外围密封（C型）两种。

使用参数见表1.6

表1.6 MS型使用参数

ZPS-G型

结构特点：

ZPS-G型旋转接头在设计上采用平衡密封设计，使密封环受力小，减轻密封件的磨损。底盖与烘缸过渡法兰相连，随烘缸作同步旋转，密封环平面与底盖平面接触磨合，密封环球面与壳体内球面接触，密封件可以自由浮动。球面能适应角度变化和偏心，而平面摩擦力小，密封环的使用寿命更长，密封环采用优质浸锑石墨制成。ZPS-G 型旋转接头从设计就满足烘缸的转速和偏心，高的工作压力能适应烘缸颈膨胀现象。

ZPS-G旋转接头安装维护方便，大流通面积，压力损失小。此接头配重型悬臂固定虹吸器，因可靠的刚性制成，虹吸咀安装方便准确，使虹吸效果大大提高，是大型纸机烘缸用旋转接头的换代产品。

使用参数见表1.7

表1.7 ZPS-G型使用参数

1.4 旋转接头的应用范围

一般工具械，工作站，电脑电子值控制，旋转分配器

如有高速旋转及高压力工作环境，请与本人洽询。

材质：

固定环：碳粉石墨和青铜

转轴：不锈钢和高硬度不锈钢

外壳：铝合金

封闭面：石墨和不锈钢

衬垫：O型环

RBI类型特点：

这类旋转接头为了特殊机械功能而设计，固定环封闭部份是由碳精石墨所制造的，抗磨损、不透水和干式运转，经本司长期机械经验变得封闭面部份有较好的平衡结果。

材质：

固定环：碳粉石墨和青铜

转轴：不锈钢和高硬度不锈钢

外壳：铝合金

封闭面：石墨和不锈钢

衬垫：O型环

RLB/RLF

在这类旋转接头中，冷却剂为了旋转能接合尤其在高速条例下使用是非常困难的，零件中的一个特殊迷宫式组件来止漏，两个封闭面由碳化精制成的，保证期运转而抗磨损，封闭环在正常作用到适当的平衡甚至在高速下保证极低的磨损。

RMB/RMF

这类旋转接头有开/闭功能的特色，开/闭功能经由冷却剂穿越时在瞬时接合这一段期间避免溅漏高精，当泠却剂停止穿越时，这封闭面马上打开避免磨擦，而这个功

能保证寿命长。重要的是由一个迷宫式件来防止少数的液体回漏。

两个接触面由抗磨损和机械突震的碳化钨所制作，使用不锈钢弹簧、不生锈、不阻碍、转动、不受任何的改变，其中RMB与RMF之冷却剂连接方向不同。

RHB/RHF

此类型旋转接头主体表面有沟槽，能在高速旋转时帮助散热。具有开/闭功能。

当冷却剂穿越开/闭机械时，接触面自动闭合防止溅漏，冷却剂终止时接触面马上打开、避免干磨擦，保证长期运转时接接触面不至于干运转时而损坏，更重要的是有迷宫式组件来防止溅漏。两个接触面由抗磨损和机械突震的碳化钨所制作，使用不锈钢弹簧、不生锈、不阻碍、转动、不受任何的改变，其中RHB与RHF的冷却剂连接方向不同。

旋转接头RGC系列产品、

此类旋转接头针对一般深孔加工设计简易型切削工具，此类旋转接头有高速转速、压力强、只需要一套装置配合工厂原有的设备，此系列产品有节省成本，让使用者发挥最大经济效益。适用范围广，广泛用于数控车床、一般普通镗、铣、钻床和加工中心机、钻深孔，不需要专用深孔加工机。使用范围为模具、液压行业、印刷、包装及一般五金待业钻孔加工，钻孔行业等等。最大使用压力：70Mpa 最大使用温度：100℃

最大使用转速：8000r/s

2 总体设计方案2.1 设计效果图

图2.1 旋转接头的CAD效果图

图2.1-1旋转接头的三维效果图

图2.1-2 旋转接头的全剖效果图

旋转接头是流体、气体、液体介质从静止管道输入旋转或往复运动装置的连接密封部件，它是独立单一产品。一端与静止管路相连接，另一端与旋转和往复装置连接，介质从中间通过密封不泄露。

Q型旋转接头、D型旋转接头、H型旋转接头均采用机械密封或机械结合柔性石墨密封，具有自动同心、自动补偿、摩擦系数小的优点，在生产制造过程中不断提高加工工艺，提高产品质量，是解决设备生产中跑、冒、滴、漏、减少流失、节约能源、提高工作效率、改善工作环境、降低成本的理想产品。

该产品广泛适用于造纸、橡胶、印刷、化工、塑料、包装、印染、食品、医药、

石油、冶金、钢铁、建材及卷烟行业的冷却及烘干设备。

2.2 波纹管的设计

波纹管是本设计中一重要元件，起到了自动调节补给以及密封环的固定；

图2.2-1 波纹管的CAD效果图

图2.2-2 波纹管的立体三维效果图

2.3波纹管的主要技术参数

金属波纹管及其它弹性元件的技术参数可分为以下两类

功能参数

它们是金属波纹管类弹性元件的主要功能指标，是判定波纹管类组件能否应用的重要判据。这类参数除给定一个额定值外，还要给定一个允差范围（界限值），以保证弹性元件使用的可靠性。

质量参数

在金属波纹管类组件使用时并不涉及此类参数，只有在弹性元件性能检测与质量评定时才直接测量这些参数。根据测试结果，来判定元件的功能、质量(m)、失效性和可靠程度。

金属波纹管及其它弹性元件的功能参数

载荷、公称载荷和超载载荷

载荷：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。对于压力载荷，还要说明弹性元件是承受内腔压力P或外腔压力[p]。

其载荷计算公式：

F=P*M （1）

式中 F-集中力

P-压力

M-力矩

公称载荷：金属波纹管及其它弹性元件在正常工作条件下允许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际检测后再经修定的设计值。

超载载荷：具体弹性元件产品在工作中经受瞬间或试验期间允许超过额定载荷而不发生损坏、失效、失稳时的承载能力。对于仪表弹性敏感元件，一般限定超载能力为额定载荷的125%。在工程中使用的波纹管类组件，一般限定在额定载荷的150%。根据工程要求，当要求大的安全系数时，使用的弹性元件规

定不允许有任何超载，因此载荷必须小于或等于额定载荷值。

位移(S)、额定位移和超载位移

位移(S) ：金属波纹管及弹性元件中某一特定点（自由端或中心）的位置变化。按照其运动轨迹，可分为线位移和角位移。在外界载荷作用下，金属波纹管可能产生轴向位移、角向位侈及横向位移。

刚度：使金属波纹管或其它弹性元件产生单位位移所需要的载荷值称为元件的刚度，一般用“K”表示。如果元件的弹性特性是非线性的，则刚度不再是常数，而是随着载荷的增大发生变化。

灵敏度：金属波纹管及其它弹性元件承受单位载荷时所产件的位侈量称为元件的灵敏度。刚度和灵敏度是波纹管及其它弹性元件的主要功能参数，但它们又是同一使用特性的两种不同的表示方法。对于不同的场合，为便于分析问题，可采用其中任何一种参数。

有效面积：对于实现压力F1或压力F2转换的弹性元件，还有一个重要的功能指标是有效面积。有效面积是指弹性元件在单位压力作用下，当其位移为零时所能转换成集中力的大小。

弹性元件的密封性：密封性是指元件在一定的内、外压差作用下保证不泄漏的性能。波纹管类组件工作时，内腔充有气体或液体介质，并有一定的压力，因此必须保证密封性。密封性的检测方法有气压密封性试验、渗漏试验、液体加压试验、用氦质谱检漏仪检测等。

弹性元件的自振频率：在工业中使用的弹性元件，其工作环境往往都有一定程度的振动，有些元件用作隔振部件．本身就处在振动条件下。对于在特殊条件下应用的弹性元件，必须防止元件的自振频率（特别是基频）与系统中任何一种振动源振频相近，避免发生共振而引起损坏。波纹管类组件在各种领域中得到了广泛的应用，为避免波纹管发生共振面损坏，波纹管的固有频率应低于系统的振动频率，或至少比系统振频高出50%。

使用温度(T)范围：金属波纹管类组件的使用温度范围很宽，一般都在弹性元件设计制造前给出。有些特殊用途的波纹管，内腔通过液氧（-196℃）或更低温度的液氮，耐压高达25MPa 。管网系统连接用的大型波纹膨胀节（公称直径有时超过lm ），要求承压4MPa，耐温400℃，且有一定的耐腐蚀稳定性。弹

性元件的温度适应能力取决于所采用弹性材料的耐温性能。因此根据弹性元件的使用温度范围，选用合适温度性能参数的弹性材料，才能加工制造出合格的波纹管类组件。

残余变形：金属波纹管及其它弹性元件的残余变形是指加载后元件产生位移，而卸载后再经过相当长的一段时间弹性元件仍不能回复到原始位置．产生一个永久变形的残留值。元件的残余变形里与使用状态有关。当拉伸（或压缩）的位移里逐渐增大到一定的位移值后，残余变形将显著增加。

失稳：弹性元件（如跳跃膜片、螺旋弹簧、波纹管等）在载荷F 或p 作用下会发生失稳现象。波纹管的失稳有平面失稳和柱失稳两种情况。平面失稳是指波纹环板平面翘曲、变形、波距不均匀等：柱失稳是波纹瞥轴线总体弯曲，偏离原来的直线位置．不论是哪一种失稳，都是发生了波纹管的几何形状失去原有平衡状态，产生形状突然畸变的现象，失稳发生的瞬间元件所承受的应力常常并未达到材料的屈服强度，甚至有时小于弹性极限。除了跳跃膜片是利用元件的失稳现象制成的一种两位式开关器件外，其它弹性元件使用时，都应避免失稳产生。防止元件失稳的措施有：元件设计时应避免元件过长过薄；长波纹管在使用时应采用心轴或拉杆保护；弹性元件承载时，载荷应加在元件的书合位置，防止载荷偏斜。

金属波纹管刚度、应力、有效面积、耐压力、稳定性、寿命计算

波纹管设计计算的参数为刚度、应力、有效面积、失稳、允许位移、耐压。

2.4关于应力评定的计算公式

因为温差应力是二次应力，所以壳壁应力σs，管壁应力σt,应满足下列条件：σS=（F1+F2）/As<3ψ[σ] （2）

σt=(f1+f3) /a<3ψ[σ] （3）

管子与管板若为胀接，拉脱力应满足：

q=σt a/πd0lt<[q] （4）

管子稳定性应满足：

P < [P] (5)

如果式（2）-（5）中有一个不能满足，就必须设置膨胀节。

Pc=2.2Et(σt/d0) （6）

参照我国有关规定稳定性系数m取为3.0，于是可以取定外应力为:

[P]=Pc/m (7)

在设计波纹管换热时，应使工作外压力P<[p]

其中：

σs-壳壁应力

σt-管壁应力

m -稳定性系数

q -拉脱力

d0-管壁的公称直径

P-管壁的工作外压力

金属波纹管作为弹性密封零件，首先要满足强度条件，即其最大应力不超过给定条件下的许用应力。许用应力可由极限应力除以安全系数得出。根据波纹管的工作条件和对它的使用要求，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，或者是疲劳强度等。要计算波纹管最大工作应力必须分析波纹管管壁中的应力分布。

波纹管上的应力是由系统中的压力和波纹管变形所产生的。压力在波纹管上产生环（周向）应力，而在波的侧壁、波谷和波峰处产生径向的薄膜和弯曲应力。不能抗弯的薄壳有时称为薄膜，忽略弯曲而算得的应力则称为薄膜应力。波纹管变形时产生径向薄膜应力和弯曲应力。波纹管在工作时，有的承受内压，

有的承受外压，例如波纹膨胀节和金属软管在多数情况下其波纹管承受内压，而用于阀门阀杆密封的波纹管一般情况下承受外压在这里主要分析波纹管承受内压时的应力，波纹管承受外压的能力一般情况下高于耐内压能力。随着波纹管的广泛应用，人们对波纹管的应力进行大量的分析研究和实验验证工作，提出了许多供工程设计使用的计算公式、计算程序和图表。但是，有的方法由于图表或程序繁复使用不方便，有的方法假设条件不是过于简化就是过于理想，难以保证使用上的安全可靠，不少方法未能为工程界所接受。

1．有效面积的概念和有效面积的变化

有效面积是一个等效的面积，压力作用在这个面积上将产生相等的轴向力。一般情况下，随着内压力的增大，波纹管有效面积变小，面随外压力的增加，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，其体积变化量与相应的有效长度的变化量之比值称为体积有效面积。

波纹管种类：波纹管主要分为金属（不锈钢、碳钢）波纹管、塑料波纹管。金属波纹管主要应用于补偿管线热变形、减震、吸收管线沉降变形等作用，广泛应用于石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等行业。塑料等其他材质波纹管在介质输送、电力穿线、机床、家电等领域有着不可替代的作用。

用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。它的开口端固定，密封端处于自由状态，并利用辅助的螺旋弹簧或簧片增加弹性。工作时在内部压力的作用下沿管子长度方向伸长，使活动端产生与压力成一定关系的位移。活动端带动指针即可直接指示压力的大小。波纹管常常与位移传感器组合起来构成输出为电量的压力传感器，有时也用作隔离元件。由于波纹管的伸展要求较大的容积变化，因此它的响应速度低于波登管。

2.5 滚动轴承的设计分析

2.5.1滚动轴承的结构设计分析

图2.5-1轴承三维效果图

轴承为机械中的固定机件。当其他机件在轴上彼此产生相对运动时，用来保持轴的中心位置及控制该运动的机件，就称之为轴承。

2.5.2 滚动轴承的尺寸大小分类

(1) 微型轴承----公称外径尺寸范围为26mm以下的轴承;

(2) 小型轴承----公称外径尺寸范围为28-55mm的轴承;

(3) 中小型轴承----公称外径尺寸范围为60-115mm的轴承;

(4) 中大型轴承----公称外径尺寸范围为120-190mm的轴承

(5) 大型轴承----公称外径尺寸范围为200-430mm的轴承;

(6) 特大型轴承----公称外径尺寸范围为440-2000mm轴承。

(7) 重大型轴承----公称外径尺寸范围为2000mm以上的轴承。

2.5.3 滚动轴承的静强度计算

（1）基本额定静载荷（C0 ）指轴承承受最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起一下接触应力时的载荷。

(2) 当量静载荷P0定义为大小和方向的静载荷，是一个假想载荷。

波纹管设计

在不锈钢波纹管应用中，整机或部件给定的条件就是不锈钢波纹管设计和选形的主要依据。一般给定设计条件有以下几项：（1）最大空间尺寸或通径（2）工作载荷的性质和大小（3）工作位移量（4）工作温度范围（5）工作介质的性质（6）精度要求（7）使用寿命在不锈钢波纹管的选型上，我们主要从一下几点出发： 1．材料选择：根据不锈钢波纹管的用途，载荷种类和大小，精度要求、工作介质、工作温度及使用寿命等条件，结合考虑材料的成形和焊接工艺性，选择一种合适的材料。 2．确定结构型式：（1）选择波纹形状：从不锈钢波纹管的用途、性能、使用要求以及各种波形的性能和制造特点等因素来选择波纹形状，通常情况下，多数会选择U 型波纹。（2）确定不锈钢波纹管层数：从不锈钢波纹管的用途、工作压力、刚度、工作介质等因素确定不锈钢波纹管的层数。在工作压力较高的情况下，多选用多层结构的不锈钢波纹管，对于多层不锈钢波纹管需要合理选择其层数和单层壁厚。（3）初步估定是否要与其它弹性元件联用：有些情况下不锈钢波纹管与螺旋弹簧并联使用，这些情况分别是: 为了提高测量精度；工作压力比较高的场合；有冲击载荷的情况。（4）选择不锈钢波纹管的两端端部的结构型式：这个需要考虑两端结构的成形工艺、焊接工艺和整个系统在结构方面的限制。（5）考虑是否需要导向装置：当不锈钢波纹管有效长度比较长时，为了避免在工作过程中产生柱状失稳，应考虑增加导向装置。（6）考虑是否需用加强环：为了适应较高工作压力的使用要求，不锈钢波纹管可以用加强环加强，或者采用多层结构，也可以应用这两种结构的组合。加强环是局部加强，多层结构是整体加强。 3．设计计算和选择不锈钢波纹管的结构参数：不锈钢波纹管的性能取决于不锈钢波纹管的结构，不锈钢波纹管的主要结构参数包括内径、外径、壁厚、波距、波厚、波纹数、层数，两端配合部分尺寸以及有效长度、总长度等。在一般情况下，不锈钢波纹管的用户应从有关标准和制造单位的产品样本中选择不锈钢波纹管，而不是设计新产品。这样能使研制中的问题减到最少，同时还能降低制造成本和缩短制造周期。 4．设计计算不锈钢波纹管的性能参数：在不锈钢波纹管主要结构尺寸参数经过设计计算或选型初步确定之后，再设计计算不锈钢波纹管的性能参数。如果不锈钢波纹管性能参数不能满足技术要求时，应适当修正不锈钢波纹管的几何尺寸参数。不锈钢波纹管的用途不同，其技术要求也不一样，设计时应当根据不同的要求，制定相应的设计方法。

波纹管设计计算书

波纹管设计计算书设计者（单位）：上海速连登集团有限公司日期：项目名称：投标编号：膨胀节类类型压力引起的应力直边段周向薄膜应力 S1 MPa 波纹管类型加强套环周向薄膜应力 S1’ MPa 设计压力波纹管周向薄膜应力 S2 MPa 设计温度加强件周向薄膜应力 S2’ MPa 设计位移轴向 mm 紧固件周向薄膜应力 S2" MPa 横向 mm 波纹管经向薄膜应力 S3 MPa 角向 ° 波纹管经向弯曲应力 S4 MPa 单波当量轴向位移 mm 位移应力波纹管经向薄膜应力 S5 MPa 波纹管直径 mm 波纹管经向弯曲应力 S6 MPa 波高 mm 疲劳寿命安全系数波距 mm 波纹管许用疲劳寿命 [N c ] 次波数刚度单波轴向刚度 f i N/mm 壁厚 mm 整体轴向刚度 k x N/mm 层数整体横向刚度 k y N/mm 材料整体弯曲刚度 k o N.m/° 弹性模量 MPa 极限压力柱失稳极限压力 P sc MPa 屈服强度 MPa 平面失稳极限压力 P si MPa 许用应力 MPa 自振频率阶数轴向（Hz ）横向（Hz ）成型工艺一阶材料形态二阶加强套环材料三阶弹性模量 MPa 四阶许用应力 MPa 五阶长度 mm 压力推力 F p KN 厚度 mm 波纹管展开长度 Lz mm 加强环材料波纹管有效面积 Ae ㎡弹性模量 MPa 波纹管重量 W Kg 许用应力 MPa 反力（矩）轴向弹性反力 Fx KN 截面直径 mm 横向弹性反力 Fy KN 紧固件材料角向位移反力矩 M o N.m 弹性模量 MPa 横向位移反力矩 My N.m 许用应力 MPa 扭转扭转角 φ ° 截面直径 mm 扭转刚度 Kt N.m/° 扭转反力矩 Mt N.m

波纹管设计计算书

波纹管设计计算书设计者（单位）：日期：2013-6-14 项目名称：规格型号：SCTB125-350 膨胀节类型单式轴横向型膨胀节压力引起的应力直边段周向薄膜应力 S1 31.42 Mpa 波纹管类型无加强U 型加强套环周向薄膜应力 S1’ 35.62 Mpa 设计压力 0.1MPa 波纹管周向薄膜应力 S2 2.4 Mpa 设计温度 800℃ 加强件周向薄膜应力 S2’ Mpa 设计位移轴向 16 mm 紧固件周向薄膜应力 S2” Mpa 横向 12 mm 波纹管经向薄膜应力 S3 0.67 Mpa 角向 0 ° 波纹管经向弯曲应力 S4 10.71 Mpa 单波当量轴向位移 5.55 mm 位移应力波纹管经向薄膜应力 S5 2 6.61 Mpa 波纹管直径 133 mm 波纹管经向弯曲应力 S6 1764.78 Mpa 波高 20 mm 疲劳寿命安全系数 Nf 10 波距 20 mm 波纹管许用疲劳寿命 [N c ] 1000 次波数 9 刚度单波轴向刚度 f i 2666.76 N/mm 壁厚 0.8 mm 整体轴向刚度 K x 296.31 N/mm 层数 2 整体横向刚度 K y 359.86 N/mm 材料 0Cr25Ni20(310S) 整体弯曲刚度 K θ 15.45 N.m/° 弹性模量 139000 Mpa 极限压力柱失稳极限压力 P sc Mpa 屈服强度 Mpa 平面失稳极限压力 P si Mpa 许用应力 Mpa 自振频率阶数轴向(Hz) 横向(Hz) 成型工艺液压一阶材料形态成形态二阶加强套环材料 0Cr18Ni9(304) 三阶弹性模量 195000 Mpa 四阶许用应力 137 Mpa 五阶长度 30 mm 压力推力 F p 1.8772 KN 厚度 2.00 mm 波纹管展开长度 Lz 523 mm 加强环材料波纹管有效面积 Ae 0.0188 M 2 弹性模量 Mpa 波纹管重量 W 2.78 Kg 许用应力 Mpa 反力(矩) 轴向弹性反力 Fx 4.74 KN 截面直径 mm 横向弹性反力 Fy 4.32 KN 紧固件材料角向位移反力矩 M θ 0.00 N.m 弹性模量 Mpa 横向位移反力矩 My 2539.46 N.m 许用应力 Mpa 扭转扭转角 φ 0.00 ° 截面直径 mm 扭转刚度 Kt 11834.27 N·m/° 扭转反力矩 Mt 0.00 N.m

金属波纹管的设计计算

金属波纹管的设计计算金属波纹管设计的理论基础是板壳理论、材料力学、计算数学等。波纹管设计的参数较多，由于波纹管在系统中的用途不同，其设计计算的重点也不一样。例如，波纹管用于力平衡元件，要求波纹管在工作范围内其有效面积不变或变化很小，用于测量元件，要求波纹管的弹性特性是线性的；用于真空开关管作真空密封件，要求波纹管的真空密封性、轴向位移量和疲劳寿命；用于阀门作密封件，要求波纹管应具有一定的耐压力、耐腐蚀、耐温度、工作位移和疲劳寿命。根据波纹管的结构特点，可以把波纹管当作圆环壳、扁锥壳或圆环板所组成。设计计算波纹管也就是设计计算圆外壳、扁锥壳或团环板。波纹管设计计算的参数为刚度、应力、有效面积、失稳、允许位移、耐压力和使用寿命。波纹管的刚度计算波纹管的刚度按照载荷及位移性质不同，分为轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度等。目前在波纹管的应用中，绝大多数的受力情况是轴向载荷，位移方式为线位移。以下是几种主要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．经验公式计算波纹管刚度 ?3．数值法计算波纹管刚度 ?4．EJMA 标准的刚度计算方法 ?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，在此不再介绍。我国的力学工作者在波纹管的理论研究和实验分析方面作了大量工作，取得了丰硕的研究成果。其中最主要的研究方法是： ?（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进行比较精确的计算。但是，由于应用了较深的理论和计算数学的方法，工程上应用有一定的困难，也难于掌握，需要进一步普及推广。金属波纹管与螺旋弹簧联用时的刚度计算

钢波纹管设计计算书

K26+140变更钢波纹管结构验算工程情况：钢波纹管涵洞，波形300mm*110mm ；直径D=3.0m ；厚度t=4mm ；填土高度H=8.41m;材质Q345 1. 荷载计算设计荷载主要考虑管顶以上填土高度恒载和行车荷载的综合作用，恒载用DL 表示，动载用LL 表示，总荷载用V P 表示。 a. 土体荷载DL: DL H ω==20KN/m 3*8.41m=168.2KN/m 2 b. 车辆荷载LL: LL=2.63 KN/m 2 c. 对于覆土高度H 大于等于管直径D 的情况，总荷载对涵管的作用有所减小，需要对总荷载进行折减，折减后的荷载可以通过总荷载乘以荷载系数K 来变换得到，荷载折减系数取值如图2所示。 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 657075859095100 802 图2 压实度与荷载系数K 的关系图压实度和荷载系数之间有着紧密的联系，当覆土高度大于或者等于涵管的直径（跨径）时，恒载和活载的总荷载与填土压实度的关系可以用荷载系数K 来联系。实际工程中一般采用90%的压实度，对应的荷载系数取0.75。即：当H D ≥时V P (DL LL)K =+，因此：

V P (DL LL)K =+=0.75*（168.2KN/m 2+2.63 KN/m 2）=128.1KN/m 2 2. 环向压力为适应管材管壁受到径向压力下产生的变形，管结构必须有足够的强度。为防止管材产生屈服、弯曲或裂缝，根据管壁受到的径向压力，可确定出管壁的应力，并将其与容许值相比较。管壁应力的容许值一般是由室内破坏性试验获得。波纹管所能承受的总压力V P 的选取要考虑波纹管的抗变形能力，按实际工程的要求选择合理压实度，以确定钢波纹管的环向设计压力。由于涵洞的受力是轴向对称的，可以采用上半部来分析受力情况。管壁上的推力(称为环向压力)由钢材承担，方向与管壁相切，数值上等于管壁的径向应力乘以管半径。对常规的管拱结构，顶部接近半圆，可采用跨径的一半代替半径。作用于管面的应力V P 和波纹管环向压力C 之间的关系为： /2V C P D =?=128.1KN/m 2*3.0m/2=192.18KN/m 3. 极限应力计算对于钢波纹管涵洞，当回填土体的压实度达到90%的压实标准时，最小屈服应力为310MPa ，极限压应力b f 与D r 有如下关系：当294D r ≤时，管壁区的极限应力为： f b =310 当294500D r <<时，管壁区的极限应力为： ()2 2750.00058b f D r =- 当500D r >时，管壁区的极限应力为：

波纹管计算书DN200

波纹管计算书普通U型膨胀节设计EJP符号说明 1 可调参数： t －单层壁厚(mm)；n-层数; W—波高(mm); q-波距(mm); N-单节波数; Lc—套箍长度(mm); tc —套箍厚度(mm); Lt—波紋管端口長度(mm); ts —大拉杆膨胀节中间接管厚度(mm); den —介质密度(mm) xl—轴向冷紧量(mm) 2 半可调参数和不可调参数： Db—波纹管内径(mm)；p -工作压力(MPa); T—工作温度(攝氏度); Et—波纹管工作温度下弹性模量(MP a); Eo—波纹管常温下弹性模量(MPa); Sat—波纹管工作温度下许用应力(MP a); Sao—波纹管常温下许用应力（MPa）;

Sbt —波纹管工作温度下强度极限（MPa）; Syt—波纹管工作温度下屈服极限（MPa）; Syo—波纹管常温下屈服极限（MPa）; Ect—套箍工作温度下弹性模量（MPa）; ECO—套箍常温下弹性模量（MPa）; Set—套箍工作温度下许用应力（MP a）; Seo-套箍常温下许用应力（MPa）; Syco-套箍常温下屈服极限（MPa）; B—模具半角（DEG） Cw-纵焊缝系数; Cm—冷加工强化系数; Xx—轴向总补偿量（mm）; Y—垂直横向总补偿量（mm）; —总角位移（DEG）; m —复合膨胀节节数; Ln—拉杆型膨胀节总有效长度（mm）; 3 工艺参数 L—总展开长（mm）; Lo—单波展开长（mm）; Q —胀形力（N）;

rO —波谷圆弧半径(mm); po －液压成形压力(MPa) 4 尺寸参数 De—管胚外径(mm); Dm —波纹管平均直径(mm); t p —实际单层壁厚(mm); K1 —查表用系数; K2-查表用系数; Cp—应力系数; Cf-刚度系数; Cd—位移系数; KH-大拉杆横向总补偿量的轴向折算系数; Ex,Ey,B—在对应坐标上单波总补偿量(mm); Ee—单波总当量补偿量(mm) Ex—在对应坐标上单波冷紧量(mm); 5 特性参数 fw —温度下单波轴向刚度(N/mm); —温度下波纹管轴向总刚度(N/mm); fv —温度下横向总刚度(N/mm); f B—温度下角力距总刚度(N mm/DEG);

波纹管的计算

波纹管结构图2-5 波纹管组件图波纹管组件结构如图2-3，当输入的气压信号时增加时，波纹管的伸缩长度增加，从而推动平衡梁一端产生位移，改变挡板与喷嘴间的距离。当输入的气压信号减少时，波纹管的伸缩长度减少，使挡板与喷嘴间的距离反方向变化。压缩弹簧的弹性系数决定了输入压力信号的范围，通常标准信号压力为20~100kPa。波纹管要求采用弹性限度大，疲劳极限高的耐腐蚀性材料，并具有加工性能好，钎焊容易等优点。一般采用磷青铜、18-8不锈钢等材料。波纹管的理论有效断面积：（） D- 波纹管的外径（m）； d- 波纹管的内径（m）波纹管的输出力为：（N） p-作用在波纹管上的压力(MPa)，输入信号；

图2-6 波纹管受力分析波纹管的伸缩量δ与波纹管的弹簧常数K，和作用在波纹管上的力W有关。 (mm) 气动工程手册[M] – P562 其中作用在波纹管上的力W，由输入压力信号的张力和阻尼弹簧的作用力组成，如图2-4所示。（N） p-作用在波纹管上的压力(MPa)； A-波纹管的有效断面积; （）

D- 波纹管的外径（mm）； d- 波纹管的内径（mm）； x 因此：整理得：其中K由波纹管的形状尺寸计算确定。气动工程手册[M] – P563 气动工程手册[M] – P563 E-波纹管材料的弹性模量（MPa）； D-外径（mm）； d-内径（mm）； t-板厚（mm）； n-波纹数； h-沟深（mm）； R-平均半径，（mm）;

最后整理得到波纹管的深长量可以表示为：其中p为输入波纹管的压力信号20-100KPa；为波纹管的有效断面积；为波纹管组件的弹性刚度。根据几何结构,参照JB/T 6169-2006标准，选取：D=32mm；d=22mm；t=；n=9；h=；27 mm；材料为锡磷青铜（GB/T 2059）， MPa；输入压力信号为： p= MPa；计算得：C=； K=；取；；

波纹管碟簧组件计算书

H47295882XHT 波纹管碟簧组件计算书 H47295882XHT 波纹管总轴向载荷在工作压力0.63MPa 时为125.687KN,正常工作轴向伸长位移量为15mm. 在波纹管法兰四角各设计一组碟簧组件，单组碟簧组件载荷31000N 时的压缩变形量为15mm ，导杆最大直径为?25mm 。按导杆尺寸条件，在GB/T1972-2005中选取A50-1 GB1972外径D=50mm 内径d=25.4mm 的碟簧组。（以下碟簧尺寸、参数名称代号及单位均按GB/T1972-2005表1中规定）根据GB1972-2005图C.1弹簧特性曲线图采用每一叠合组3片碟簧22组方案，校核如下：一、选用碟簧组数量的校核：查GB/T1972-2005附录A 表A.2, 单片A50碟簧的负荷F=12000N, 三叠合碟簧组的负荷根据附录C 式（C.23）F z =i*F=3*12000=36000N F z =36000N ＞F z1=31000N,故选用三叠合碟簧组符合要求， N n F F z 103333 3100011===

6628.025 .1559010333 25 .155902500 69.07.2991.0824000969.1688 .02 ) 1() 1(])1([1 141212 4 21302===??====--+-? = ??-=c c n c F F F d D c c l c c c c K K D K t h E F π μ 由图C.1，m m f h f 693.01.163.0,63.010 =?== 按总压缩变形量为15mm 的要求，由（C.24）式所需的叠合组数为645.21693 .01511===f f i z ，应为22组。安装自由高度 mm t n H i H z 2.222]3)13(1.4[22])1([0=?-+?=-+= 二、疲劳次数的校核根据GB/T1972-2005标准图C.8注中变负荷作用下的碟簧安装时必须有预变形量1f ，一般0115.0h f =～02.0h ，198.01.118.0;1.110=?==f h 75.02=f 。 m m f m m f h f h f t h F F F F F F N K D K t h E F C C C 693.0,165.063.0,15.0 C.137.0663.0,165.0N 25.15590,N 1033313.255114210 2 010 2122 42 13021==========??-=所以查得：从图由所以 μ

南京工业大学波纹管设计计算书1(精)

波纹管设计计算书设计者(单位: 日期:2013-4-20 项目名称: 投标编号: 膨胀节类型单式轴向型压力引起的应力直边段周向薄膜应力 S1 51.82 Mpa 波纹管类型加强U 型加强套环周向薄膜应力S1’ 52.15 Mpa 设计压力 0.25 波纹管周向薄膜应力 S2 21.05 Mpa 设计温度 20 加强件周向薄膜应力S2’ 10.01 Mpa 设计位移轴向 110 mm 紧固件周向薄膜应力S2” Mpa 横向 0 mm 波纹管经向薄膜应力 S3 4.56 Mpa 角向 0 °波纹管经向弯曲应力 S4 120.25 Mpa 单波当量轴向位移 18.33 mm 位移应力波纹管经向薄膜应力 S5 13.67 Mpa 波纹管直径 1020 mm 波纹管经向弯曲应力 S6 1527.98 Mpa 波高 65 mm 疲劳寿命安全系数 10 波距 60 mm 波纹管许用疲劳寿命 [N c ] 1367 次波数 6 刚度单波轴向刚度 f i 3203.25 N/mm 壁厚 1.20 mm 整体轴向刚度 K x 533.87 N/mm 层数 1 整体横向刚度 K y 10498.03 N/mm 材料 0Cr18Ni9(304 整体弯曲刚度 K θ 1374.19 N.m/° 弹性模量 195000 Mpa 极限压力

柱失稳极限压力 P sc 1.4 Mpa 屈服强度 575 Mpa 平面失稳极限压力 P si Mpa 许用应力 137 Mpa 自振频率阶数轴向(Hz 横向(Hz 成型工艺液压一阶 19.49 139.82 材料形态成形态二阶 38.56 384.47 加强套环材料 0Cr18Ni9(304 三阶 57.03 749.77 弹性模量 195000 Mpa 四阶 74.52 1245.85 许用应力 137 Mpa 五阶 90.63 1860.32 长度 30 mm 压力推力 F p 231.6589 KN 厚度 2.00 mm 波纹管展开长度 Lz 1086 mm 加强环材料 0Cr18Ni9(304 波纹管有效面积 Ae 0.9266 M 2 弹性模量 195000 Mpa 波纹管重量 W 32.81 Kg 许用应力 137 Mpa 反力(矩轴向弹性反力 Fx 58.73 KN 截面直径 20

HDPE双壁波纹管道环刚度设计计算探讨

HDPE 双壁波纹管道环刚度设计计算探讨 HDPE 双壁波纹管具有抗外压能力强、程造价低、施工方便、摩阻系数小，流量大、良好的耐低温，抗冲击性能、化学稳定性佳、使用寿命长、优异的耐磨性能等特点，已越来越多地被应用于排水管道工程，国产产品标准中管材环刚度有2、4、（6.3）、8、（12.5）、16等六个等级，而HDPE 双壁波纹管环刚度的选用及管道埋深、沟槽的开挖与回填土要求之间的关系无疑是设计的重点，笔者根在总结设计及及施工的基础上探讨了环刚度的选用与管道埋深及沟槽开挖回填之间关系，供相关人员参考。 1、管材环刚度计算（1）环刚度需满足公式埋地塑料排水管道按“管土共同作用”机理承受外压荷载的作用，通常用控制埋设管道的变形率来选择所需的环刚度。根据《埋地塑料排水管道工程技术规程》CJJ143-2010中规定，在外压荷载作用下，塑料排水管道竖向直径变形率不应大于管道允许变形率的5%，即应满足下列公式： .max = 100%5%d e W D εε?≤，；（1） ..max ()80.061d sv k q vk e d L p d K F q D D S E ?+=+W （2）考虑到管道设计安全系数1.5，则本次论文设计中按 3.3%ε≤考虑。式中： .max d W ----管道在组合荷载作用下的最大竖向变形(m)；该值不超过0.05e D ，本次按0.033e D 设计； L D -------变形滞后效应系数，取1.5计算； d K -------管道变形系数，按管道基础中心角290o a ≥时，取0.1计算； .sv k F ------每延米长度管道管顶的竖向土压力标准值（KN/m ）；

波纹管计算书DN200

Sao－波纹管常温下许用应力(MPa)；Sbt－波纹管工作温度下强度极限(MPa)；Syt－波纹管工作温度下屈服极限(MPa)；Syo－波纹管常温下屈服极限(MPa)；Ect－套箍工作温度下弹性模量(MPa)；Eco—套箍常温下弹性模量(MPa)； Sct－套箍工作温度下许用应力(MPa)；Sco—套箍常温下许用应力(MPa)；Syco—套箍常温下屈服极限(MPa)； β－模具半角(DEG)； Cw－纵焊缝系数； Cm－冷加工强化系数； Xx—轴向总补偿量(mm); Y－垂直横向总补偿量(mm)； θ－总角位移(DEG); m－复合膨胀节节数； Ln－拉杆型膨胀节总有效长度(mm)； 3工艺参数 L－总展开长(mm)； Lo－单波展开长(mm)； Q－胀形力(N)；

rO－波谷圆弧半径(mm)； po－液压成形压力(MPa) 4尺寸参数 Dc－管胚外径(mm)； Dm－波纹管平均直径(mm)； t p－实际单层壁厚(mm)； K1－查表用系数； K2－查表用系数； Cp－应力系数； Cf－刚度系数； Cd－位移系数； KH－大拉杆横向总补偿量的轴向折算系数；Ex,Ey,Eθ－在对应坐标上单波总补偿量(mm); Ee－单波总当量补偿量(mm) Exl－在对应坐标上单波冷紧量(mm); 5特性参数ｆw－温度下单波轴向刚度(N/mm)；ｆ－温度下波纹管轴向总刚度(N/mm)；fv—温度下横向总刚度(N/mm)； fθ－温度下角力距总刚度(N·mm/DEG)；ｆn－温度下扭力距总刚度(N·mm/DEG)；

波纹管的参数化图形设计

波纹管的参数化图形设计王　健 (南京宏洋混凝土公司,江苏南京210028) 摘要:将基于约束的参数化设计思想应用于机械产品设计行业,使用AutoCAD 的开发系统对膨胀节的U 型波纹管进行参数化设计与绘图,运用数据库技术实现所需参数的调用,所有的设计和绘图程度都是用VB 语言编写的,设计、计算和绘图过程自动完成,而最终生成的是标准的dwg 图形文件。关键词:波纹管;参数化设计;数据库中图分类号:TH122 文献标识码:A 文章编号:1006-0316(2003)04-0029-03 　收稿日期:2003-12-20 膨胀节作为管道设备中重要的热补偿元件,设计时要考虑到压力、温度、补偿量、刚度、疲劳寿命、稳定性、抗腐蚀等诸多方面的影响,设计人员需要查阅相关资料,确定设计参数,计算出在一定寿命下的最大补偿量、各种应力、刚度、稳定性、疲劳寿命并反复校核,使之满足各种性能指标并最大可能地节省材料,最后还要绘制一系列图纸。其设计周期长,工作量大且容易因人为疏忽而导致设计的不合理性,原来的设计方式已很难适应市场经济下迅速供货的要求,一套符合最新设计标准、简单方便、真正融设计与绘图为一体的膨胀节计算机辅助设计与绘图的软件是膨胀节设计人员的迫切需要。膨胀节的设计可分为波纹管的设计和波纹管连接件的设计,其中波纹管的设计与校核尤为关键。本文以计算机技术为手段,结合化工机械的专业知识,对波纹管的计算机辅助设计技术进行了研究。波纹管CAD 软件的总体结构如图1所示。图1　波纹管CAD 软件总体结构示意图波纹管的CAD 软件系统从整体上可划分为结构设计、数据库管理和参数化绘图3个模块。 1　结构设计模块结构设计模块是本文的基础模块,其功能是波纹管的零件设计计算和校核。这部分可以分为界面设计和应力计算两部分, 优良的界面设计为设计人员创造了直观、方便、操作简单的设计环境。波纹管的设计之所以不同于一般的刚性结构件,在于它的设参数中包含了许多相互矛盾和制约的因素,例如,补偿量和疲劳寿命都是要达到一定要求的,但是补偿量的增大却迅速降低了疲劳寿命次数。再比如,承压能力是必须考虑的,但是波纹管的最大承载能力却受到失稳的临界压力的限制,临界压力又在很大程度上取决于波纹管的刚度,而刚度越大,波纹管的柔性越差,又会导致补偿量的不足。如考虑不周,有的波纹管在尚未达到它所承载的最高压力时波纹管已经失稳了,或者是过早的发生疲劳破坏。因此膨胀节的设计复杂,需要综合各种因素进行全面考虑。其中波纹管的设计是至关重要的,因为膨胀节的性能主要取决于其中的波纹管。图2为波纹管设计的一个基本界面。图2　基本界面

波纹管的计算

2.1.3 波纹管结构图2-5 波纹管组件图波纹管组件结构如图2-3，当输入的气压信号时增加时，波纹管的伸缩长度增加，从而推动平衡梁一端产生位移，改变挡板与喷嘴间的距离。当输入的气压信号减少时，波纹管的伸缩长度减少，使挡板与喷嘴间的距离反方向变化。压缩弹簧的弹性系数决定了输入压力信号的范围，通常标准信号压力为 20~100kPa。波纹管要求采用弹性限度大，疲劳极限高的耐腐蚀性材料，并具有加工性能好，钎焊容易等优点。一般采用磷青铜、18-8不锈钢等材料。波纹管的理论有效断面积： D2+d2（m2） A=π 8 D- 波纹管的外径（m）； d- 波纹管的内径（m）波纹管的输出力为： F=p×106A（N） p-作用在波纹管上的压力(MPa)，输入信号P max=100k Pa；

图2-6 波纹管受力分析波纹管的伸缩量δ与波纹管的弹簧常数K，和作用在波纹管上的力W有关。 (mm) 气动工程手册[M] – P562 δ=W 9.8K 其中作用在波纹管上的力W，由输入压力信号的张力F q和阻尼弹簧的作用力F t组成，如图2-4所示。 W=F q?F t F q=p×A（N） p-作用在波纹管上的压力(MPa)； A-波纹管的有效断面积; D2+d2（mm2） A=π 8 D- 波纹管的外径（mm）； d- 波纹管的内径（mm）； F t=k t x k t?波纹管内阻尼弹簧的弹簧常数 (N/mm)； x ?弹簧压缩量，等于波纹管的伸长量δ( mm )；

因此： δ=p ×π8 D 2+d 2 ?k t δ 整理得： δ=p ×π8 D 2+d 2 9.8K +k t 其中K 由波纹管的形状尺寸计算确定。 K = πEC D +d 2.4n t ? 3 气动工程手册[M] – P563 C =1 0.046R 3h 3+0.287R h ?0.144R 2h 2+0.083 气动工程手册[M] – P563 E-波纹管材料的弹性模量（MPa ）； D-外径（mm ）； d-内径（mm ）； t-板厚（mm ）； n-波纹数； h-沟深（mm ）； R-平均半径， R =D+d 2（mm ）; 最后整理得到波纹管的深长量Z b =p×F b K b 可以表示为： Z b =δ=p ×π8 D 2+d 2 t 其中p 为输入波纹管的压力信号20-100KPa ；π8 D 2+d 2 为波纹管的有效断面积F b ；9.8K +k t 为波纹管组件的弹性刚度K b 。根据几何结构,参照JB/T 6169-2006标准，选取：D=32mm ；d=22mm ；t=0.12mm ；n=9；h=2.7mm ； R =D+d 2=27 mm ；材料为锡磷青铜QSn6.5-0.1（GB/T 2059），E =1.13×105 MPa ；输入压力信号为： p=0.02-0.1 MPa ；

波纹管的应力计算及面积计算方法【建设施工经典推荐】

波纹管的应力计算及面积计算方法什么是波纹管波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。波纹管在仪器仪表中应用广泛，主要用途是作为压力测量仪表的测量元件，将压力转换成位移或力。波纹管的特性波纹管管壁较薄，灵敏度较高，测量范围为数十帕至数十兆帕。它的开口端固定，密封端处于自由状态，并利用辅助的螺旋弹簧或簧片增加弹性。工作时在内部压力的作用下沿管子长度方向伸长，使活动端产生与压力成一定关系的位移。活动端带动指针即可直接指示压力的大小。波纹管常常与位移传感器组合起来构成输出为电量的压力传感器，有时也用作隔离元件。由于波纹管的伸展要求较大的容积变化，因此它的响应速度低于波登管。波纹管适于测量低压。波纹管种类波纹管主要包括金属波纹管、波纹膨胀节、波纹换热管、膜片膜盒和金属软管等。金属波纹管主要应用于补偿管线热变形、减震、吸收管线沉降变形等作用，广泛应用于石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等行业。塑料等其他材质波纹管在介质输送、电力穿线、机床、家电等领域有着不可替代的作用。波纹管的用途波纹管在仪器仪表中应用广泛，主要用途是作为压力测量仪表的测量元件，将压力转换成位移或力。波纹管管壁较薄，灵敏度较高，测量范围为数十帕至数十兆帕。另外，波纹管也可以用作密封隔离元件，将两种介质分隔开来或防止有害流体进入设备的测量部分。它还可以用作补偿元件，利用其体积的可变性补偿仪器的温度误差。有时也用作为两个零件的弹性联接接头等。

冬季波纹管施工小细节要注意 PE双壁波纹管冬季施工橡胶密封圈要选用波纹管厂家提供的配套产品，不得使用冻硬的橡胶圈PE双壁波纹管-60℃的环境中管道不会破裂，冬季低温条件下，可正常施工不必采取特殊保护措施。波纹管的应力计算金属波纹管作为弹性密封零件，首先要满足强度条件，即其最大应力不超过给定条件下的许用应力。许用应力可由极限应力除以安全系数得出。根据波纹管的工作条件和对它的使用要求，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，或者是疲劳强度等。要计算波纹管最大工作应力必须分析波纹管管壁中的应力分布。波纹管上的应力是由系统中的压力和波纹管变形所产生的。压力在波纹管上产生环（周向）应力，而在波的侧壁、波谷和波峰处产生径向的薄膜和弯曲应力。不能抗弯的薄壳有时称为薄膜，忽略弯曲而算得的应力则称为薄膜应力。波纹管变形时产生径向薄膜应力和弯曲应力。波纹管在工作时，有的承受内压，有的承受外压，例如波纹膨胀节和金属软管在多数情况下其波纹管承受内压，而用于阀门阀杆密封的波纹管一般情况下承受外压在这里主要分析波纹管承受内压时的应力，波纹管承受外压的能力一般情况下高于耐内压能力。随着波纹管的广泛应用，人们对波纹管的应力进行大量的分析研究和实验验证工作，提出了许多供工程设计使用的计算公式、计算程序和图表。但是，有的方法由于图表或程序繁复使用不方便，有的方法假设条件不是过于简化就是过于理想，难以保证使用上的安全可靠，不少方法未能为工程界所接受。因此，真正符合实用要求的方法为数不多。应用比较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全部波纹都处于同一条件下，在计算时只研究波纹管波纹的单个半波。这样，在研究中就不考虑端部波纹，虽然端部波纹的边界条件与中间波纹有所不同。数值法

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波纹管计算书普通 U 型膨胀节设计 EJP 符号说明 1 可调参数： t －单层壁厚 (mm)； n －层数； W －波高 (mm)； q －波距 (mm); N －单节波数； Lc —套箍长度 (mm); tc —套箍厚度 (mm); Lt —波紋管端口長度 (mm); ts —大拉杆膨胀节中间接管厚度 (mm); den—介质密度(mm) xl—轴向冷紧量（mm） 2 半可调参数和不可调参数： Db －波纹管内径 (mm)； p －工作压力 (MPa)； T —工作温度 (攝氏度); Et －波纹管工作温度下弹性模量 (MPa)； Eo －波纹管常温下弹性模量 (MPa)； Sat －波纹管工作温度下许用应力 (MPa)； Sao －波纹管常温下许用应力 (MPa)； Sbt －波纹管工作温度下强度极限 (MPa)； Syt －波纹管工作温度下屈服极限 (MPa)； Syo －波纹管常温下屈服极限 (MPa)； Ect －套箍工作温度下弹性模量 (MPa)； Eco —套箍常温下弹性模量 (MPa)； Sct －套箍工作温度下许用应力 (MPa)； Sco —套箍常温下许用应力 (MPa)； Syco—套箍常温下屈服极限 (MPa)； β－模具半角 (DEG)； Cw －纵焊缝系数； Cm －冷加工强化系数； Xx —轴向总补偿量 (mm); Y －垂直横向总补偿量 (mm)； θ－总角位移 (DEG); m －复合膨胀节节数； Ln －拉杆型膨胀节总有效长度 (mm)； 3 工艺参数 L －总展开长 (mm)； Lo －单波展开长 (mm)； Q －胀形力 (N)； rO －波谷圆弧半径 (mm)；

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K26+140变更钢波纹管结构验算工程情况：钢波纹管涵洞，波形 300mm*110mm ;直径D=3.0m ;厚度t=4mm ;填土高度H=8.41m; 材质Q345 1. 荷载计算设计荷载主要考虑管顶以上填土高度恒载和行车荷载的综合作用，恒载用 DL 表示，动载用LL 表示，总荷载用P V 表示。 a. 土体荷载 DL: DL H =20KN/m 3 *8.41m=168.2KN/m 2 b. 车辆荷载 LL: LL=2.63 KN/m 2 c. 对于覆土高度H 大于等于管直径D 的情况，总荷载对涵管的作用有所减小，需要对总荷载进行折减，折减后的荷载可以通过总荷载乘以荷载系数 K 来变换得到，荷载折减系数取值如图2所示。 y=9E-0.6x 4 -0.0032X 3 +0.4222X 2 -24.775X+546.91 R 2 =0.9987 1 0.8 0.6 65 70 75 80 85 90 95 100 图2压实度与荷载系数 K 的关系图压实度和荷载系数之间有着紧密的联系，当覆土高度大于或者等于涵管的直径(跨径) 时，恒载和活载的总荷载与填土压实度的关系可以用荷载系数 K 来联系。实际工程中一般采用90%的压实度，对应的荷载系数取 0.75。即：当 H D 时 F V K(DL LL)，因此： 2 1.8 1.6 1.4 1.2

P V K(DL LL) =0.75* (168.2KN/m 2+2.63 KN/m 2) =128.1KN/m 2.环向压力为适应管材管壁受到径向压力下产生的变形，管结构必须有足够的强度。为防止管材产生屈服、弯曲或裂缝，根据管壁受到的径向压力，可确定出管壁的应力，并将其与容许值相比较。管壁应力的容许值一般是由室内破坏性试验获得。波纹管所能承受的总压力F V的选取要考虑波纹管的抗变形能力，按实际工程的要求选择合理压实度，以确定钢波纹管的环向设计压力。由于涵洞的受力是轴向对称的，可以采用上半部来分析受力情况。管壁上的推力（称为环向压力）由钢材承担，方向与管壁相切，数值上等于管壁的径向应力乘以管半径。对常规的管拱结构，顶部接近半圆，可采用跨径的一半代替半径。作用于管面的应力F V和波纹管环向压力C之间的关系为： C F V D/2=128.1KN/m 2*3.0m/2=192.18KN/m 3.极限应力计算对于钢波纹管涵洞，当回填土体的压实度达到90%的压实标准时，最小屈服应力为 310MPa，极限压应力f b与D r有如下关系：当D r 294时，管壁区的极限应力为： f b=310 当294 D r 500时，管壁区的极限应力为： f b 275 0.00058 D. r 2 当D r 500时，管壁区的极限应力为：

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