При действии сосредоточенной силы

(14.7)

где K_с=pF_эф/w_с=T/ w_с – жесткость сильфона; w_с— перемеще­ние сильфона без учета действия пружины; — жесткость пружины; w_пр – деформация пру­жины, определяемая по уравнению без учета действия силь­фона.

ЛИТЕРАТУРА

1.Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов, М.: Машгиз, 1962. – 456с

2.Осипович Л.А. Датчики физических величин.–М.: Машиностроение, 1979.–159 с.

ПОДВАЛ

6. Материалы, применяемые для изготовления упругих элементов

Материалы, применяемые для изготовления упругих эле­ментов, должны обладать высокими свойствами упругости, ста­бильностью во времени, прочностью и выносливостью и удовлетво­рять ряду специальных требований, определяемых назначением и условиями эксплуатации. К. числу последних относятся высокая электрическая проводимость и антимагнитность для упругих эле­ментов, работающих в электроизмерительных приборах; коррозион­ная стойкость при работе в агрессивных средах; термостойкость упругих элементов, эксплуатирующихся при высоких температурах.

Физико-механические свойства основных материалов, применяе­мых для упругих элементов, приведены в табл.3.

Упругие элементы могут иметь достаточно сложную конфигура­цию, поэтому для обеспечения их технологичности материалы, из которых они изготовлены, должны обладать повышенной пластич­ностью.

Противоречивость требований (достаточной пластичности и высоких свойств упругости) к материалам упругих элементов частично устраняется в процессе их изготовления механической и термической обработкой. Как известно, пределы текучести и упругости материалов могут быть значительно повышены предварительным их нагружением до появления пластических деформаций, которые возникают при механической обработке упругих элементов в процессе воло­чения, прокатывания, вытяжки и навивки. Этот метод повышения свойств упругости и упрочнения материала называют нагартовкой.

К числу материалов, упрочнение которых достигается нагар­товкой, относятся латуни, оловянистые бронзы, некоторые марки коррозионно-стойких сталей, нейзильбер, титан и др.

Латунь марок Л62–Л80 используют для изготовления неот­ветственных упругих элементов. Применение латуней обусловлено сравнительно высокой пластичностью в ненагартованном состоянии, что обеспечивает возможность их глубокой вытяжки при изготовле­нии сильфонов и мембран. Свойства упругости латуни невысоки: при эксплуатации часто возникают трещины, вызванные большими остаточными напряжениями. Хорошими свойствами упругости обла­дают чувствительные элементы из нейзильбера, кремнемарганцовистой и оловянно-фосфористой бронз, имеющих более высокий предел прочности. Эти материалы (как и латуни) немагнитны, сва­риваются и паяются.

Упругие элементы из материалов, упрочняемых нагартовкой, могут работать при температуре не выше 100–150 С, так как при более высоких температурах нагартовка снимается, что приводит к резкому ухудшению свойств упругости.

Прецизионный сплав 42НХТЮА применяют для изготовления упругих элементов в целях уменьшения температурной погреш­ности, так как его модуль упругости очень незначительно изме­няется при изменении температуры:

(6.1)

Сплав 43НХТЮ применяют для упругих чувствительных эле­ментов, работающих при температуре до 300 °С

(6.2)

Свойства упругости коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и титана ВТ-1 невысокие. Эти материалы применяют для упругих элементов, которые должны работать в агрессивных средах.

К материалам, повышение упругих свойств которых достигают термической обработкой, относятся углеродистые инструменталь­ные стали марок У8А–У12А, углеродистые конструкционные ка­чественные стали марок 65, 70, 65Г, а также высоколегированные стали физико-механические свойства которых приведены в табл. 26. Эта группа материалов имеет высокие прочностные и упругие свой­ства Основным недостатком, ограничивающим их применение при изготовлении упругих элементов сложных форм, является малая пластичность после термической обработки. Кроме того, термооб­работка вызывает дополнительные внутренние напряжения, под действием которых происходит коробление; материалы плохо сва­риваются и паяются, имеют низкие антикоррозионные свойства (кроме коррозионно-стойкой стали ), что вызывает необходи­мость специальных покрытий, которые приводят к увеличению несовершенств свойств упругости.

Особую группу составляют материалы, упрочнения которых достигают специальным видом термической обработки – патентированием с последующим наклепом. Основным полуфабрикатом является высокоуглеродистая пружинная проволока, которая после патентирования имеет высокую прочность при сохранении пласти­ческих свойств обеспечивающих возможность дальнейшей механи­ческой обработки. Механические свойства проволоки определяются в зависимости от ее диаметра (табл. 27). Проволоку применяют для изготовления винтовых пружин растяжения-сжатия и кручения.

Наиболее высокими свойствами упругости обладают материалы из группы дисперсионно-твердеющих сплавов, которые отличаются высокой пластичностью, получаемой в процессе отпуска – ста­рения. Практически полное снятие остаточных напряжении при отпуске позволяет сильно снизить несовершенства свойств уп­ругости. Упругие элементы из дисперсионно-твердеющих сплавов, применяют в приборах, работающих при более высоких температурах (до 300–350 °С). К таким материалам относятся бериллиевые бронзы марок БрБ2, БрБ2,5, а также титановая бронза БНТ, обладающие высокой электрической проводимостью, коррозионной стойкостью, немагнитностью и значительными пределами прочности и упругости, Специальные сплавы типа 36НХТЮ и 36НХТЮ8М имеют повы­шенную термостойкость и коррозионную стойкость по сравнению с бериллиевыми бронзами, высокий предел упругости и постоянство свойств упругости во времени. Термическая стойкость сплавов может быть повышена добавлением марганца (36НХТЮ8М).

Наряду с металлическими сплавами для изготовления упругих элементов находят применение неметаллические материалы, к числу которых относятся кварц, различные пластические массы, резина. Кварц отличается высокими свойствами упругости, практически полным отсутствием гистерезиса, малой температурной погреш­ностью и высокой коррозионной стойкостью. Пластичность в нагре­том состоянии позволяет изготовлять из кварца чувствительные элементы сложных форм. Ограниченность его применения обуслов­лена хрупкостью при нормальных температурах.

Пластмассы фторопласт-3 и фторопласт-4 применяют в качестве разделителей агрессивных сред благодаря исключительно высокой их коррозионной стойкости.

Резину используют для изготовления упругих элементов с малой жесткостью, а также в качестве упругих прокладок. Измерительные мембраны выполняют иногда из резинотканевых материалов.

К основным недостаткам резины относятся невысокие свойства упругости, значительно изменяющиеся при старении, и сравнительно малая термостойкость.