金屬波紋管設計的理論基礎（chǔ）是板殼（ké）理論、材料力學（xué）、計算數學等。波紋管設計的參數（shù）較多，由於波（bō）紋（wén）管在係（xì）統中的用途不同，其設計計算的重點也不一（yī）樣。例如，波紋管用於力平衡元件，要求波紋管在工作範圍內其有效麵積不變或（huò）變化很小，用（yòng）於測量元件，要求波紋管的彈性特性是線性的；用於真空開關管作（zuò）真空（kōng）密封件，要求波紋管的真空密封性、軸（zhóu）向位移量和疲勞壽命；用於閥門作密封件，要求波紋管應具有一定的耐壓力、耐腐蝕、耐（nài）溫度、工（gōng）作位移和疲勞壽（shòu）命。根據波紋管的結構特點，可以把波（bō）紋管當作圓環殼、扁錐殼（ké）或圓環板所組成。設計計算（suàn）波紋管也就是設計計算圓外殼、扁錐殼或團環板。

    計算的參數為剛（gāng）度、應力、有效麵積、失穩、允許位移、耐壓力和使用壽命。

    耐壓力

    耐壓力是波紋管性能的一個重要參數。波紋管在常（cháng）溫時（shí），波形上不發生塑性變形所能承受的最大靜壓力，即（jí）為波紋管（guǎn）的最大耐壓力在一般情況（kuàng）下，波紋（wén）管是在一定的壓力（內壓或外壓）下工作的，所以它在整個工作過程中必須承受這個壓力而不（bú）產生塑性變形。

    波紋管的耐壓力實際上屬於波（bō）紋管的強度範疇。計算的關鍵是應力分析，也就是分析波紋管（guǎn）管壁上的應力隻要波紋管管壁上最大應力點的應力不超過材（cái）料（liào）的屈服強度，波紋管所受（shòu）的壓力就（jiù）不會達到其耐壓（yā）力。

    同一波紋管在其它工作條件相同時，受外壓比（bǐ）受內壓（yā）時的穩定性要好，所以，受外（wài）壓作用時的最大耐壓力比受（shòu）內壓時高。

    當波紋（wén）管兩端固定，如果（guǒ）在其內腔通入（rù）足夠大（dà）的壓力時，波紋管波峰處有可能爆破損壞。波（bō）紋管開始出現爆破時波紋（wén）管內部的壓力（lì）值稱為爆破壓力。爆破壓力是表征波紋管最（zuì）大耐壓強度的參數。波紋管在整個（gè）工作過程中，其工作壓力（lì）遠小於爆破壓力，否則波紋管（guǎn）將（jiāng）破裂損壞（huài）。

    當波紋長度小於或等於外徑時，其計（jì）算結果和實際（jì）爆破（pò）壓力很接近；對細長型波紋管其實際爆破壓力要低很多。爆破（pò）壓力（lì）大約為允許工作壓力的3~10倍。

    穩定性

    當波紋管兩（liǎng）端都（dōu）受到限製時，如果波紋管內壓力增大至某一臨界值，波紋（wén）管就會產生失穩現象。

    允許位移

    對於工作在（zài）壓縮狀態（tài）的波紋管，它的最大（dà）壓（yā）縮位移是：波（bō）紋管在壓（yā）力作（zuò）用下，壓縮到（dào）波紋之間相互彼此接觸時所能產生的（de）最大位移（yí）值，也稱為結構允許最大位移，它等（děng）於波紋管（guǎn）自由長度與（yǔ）最大壓縮長度之差。

    波紋管（guǎn）不（bú）產生塑性變形情況下所能獲得的最大位移稱為波紋管的允許位移。

    波紋管在實際工作過程中會產生（shēng）殘餘變形，殘餘變形又稱永久變形（xíng）或塑性變形，波紋管在力或壓力作用下產生變（biàn）形，當力或壓力卸除後，波紋管不恢複原始狀態的現象（xiàng）稱殘餘變形，殘餘變形通常用波紋（wén）管不恢複原始位置的量來表示又（yòu）稱（chēng）零位偏（piān）移。

    波紋管位移與零位偏移之間的（de）關係，無論（lùn）拉伸（shēn）還是壓縮位（wèi）移，在波紋管位移的起始（shǐ）階段（duàn），它的殘餘變形量都很小，一般都小於波紋管標準中規（guī）定的允許零位偏移值。但是，當拉伸（或壓縮）位移量（liàng）逐（zhú）漸增大到超過一定的位移值後，會引起零位偏移值的突（tū）然增大，這（zhè）表示波紋管產（chǎn）生比（bǐ）較（jiào）大的殘餘（yú）變形，在這之後．如果再增大一點位移量（liàng），殘餘變形將顯著增加。所以波紋管一般不應超過這個位移量，不然將（jiāng）會嚴重的降低其精度、穩定（dìng）性和可靠性以及使用壽命。

    波紋管在壓縮狀態下工作時的允許壓縮位移量比工（gōng）作在拉伸狀態（tài）下的允（yǔn）許拉伸位（wèi）移量（liàng）要大一些，所（suǒ）以在設計波紋管時應（yīng）盡（jìn）可能讓波紋管在壓縮狀態下工作。通過實驗發現，在一般情況下，同一材料、同一規格的波紋管，其允許的壓縮位移是允許的拉伸位（wèi）移的1.5倍。

    允許位移與波紋管的幾（jǐ）何尺寸參數（shù）及材料性能有關。一般情況下，波紋管的允許位移大小與材料的屈（qū）服強度及外徑的平方成正比，而與材料的彈性模量、波紋管的壁厚（hòu）成反比。同時，相對波深、波厚對它也（yě）有一定影響。

    壽（shòu）命

    波紋管的壽命是在工（gōng）作條件下使用時，能保證正常工作的最短工（gōng）作期限或循環（huán）次數。用波紋管組成的彈性密封係統，經常在（zài）承受較多循環次數的變動載荷和（hé）較大位移的條（tiáo）件下工作，因此確定波紋管的使用壽命，具有重要意義。因為波紋管的作用不同，對其使（shǐ）用壽命的要求也不一樣。

    （1）波紋管用來補償管路係（xì）統中（zhōng）因安裝造成的位（wèi）置偏差時，對其壽命要求隻有幾（jǐ）次就夠了。

    （2）波（bō）紋管用於開關頻率較高的恒溫控製器中，其壽命要達到10000次才能滿足（zú）使用要求。

    （3）波紋管用於真空開關作為真空密封（fēng）件時，其壽命要（yào）達到30000次才能（néng）保證正（zhèng）常工作（zuò）。

    從上麵三種使（shǐ）用（yòng）實例中可（kě）見，由於使用條件不同，波紋管（guǎn）要求的使（shǐ）用壽命相差很大。波紋管壽命（mìng）與所選用材料的（de）疲勞特性有關，同時也取決於成（chéng）形（xíng）波紋管的殘餘應力的大小、應（yīng）力集中的情況和波紋管的表麵質量等。此外，使（shǐ）用壽命與波紋管（guǎn）的工作條（tiáo）件有關。例如：波紋管工作時的位移、壓力、溫度、工作（zuò）介質、振動條件、頻率範圍、衝擊條件等。

    波（bō）紋管在工（gōng）作過程中，其壽命長短主要取決於工作過程中產生的（de）最大應力（lì）。為了降低應力，一般通過減少波紋管的工作（zuò）位移和降低工作壓力來實現。在一般設計中規定波紋管的工作位（wèi）移應（yīng）小於它的允許位移的一半，它的工作壓力應小於波紋管的耐壓力的（de）一半。

    對生產的波紋（wén）管進行試驗證明，如（rú）果波紋管按上（shàng）述規範工作，它的便用壽命基本（běn）土可達到5萬（wàn）次左右。

    根（gēn）據工作壓力性質的不同，波紋管的允許位（wèi）移也（yě）有所區別（bié）一般波紋管隻承受軸向載（zǎi）荷（拉力或壓力）時（shí），它的允許位移可在波紋管有效長度的10%~40%之間選用；而在波紋管（guǎn）承受橫向集中力、扭轉力矩或綜合（hé）受力時，波紋管的允許位移應適當減小。

    應用多層波紋（wén）管可以降低剛度和變形引（yǐn）起的應力，因而（ér）可以在很大程度上（shàng）提高波紋管的壽命。

    波紋管（guǎn）在其它情況相同而工作（zuò）壓力性質（恒定或交變載荷）不（bú）同的條件下工作時，其使用壽命將有差別。顯然，在（zài）交變載荷下工作時，波紋管的壽命（mìng）比恒定載荷下工作（zuò）時要短（duǎn）一些。

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