第12章 彈性元件1

第12章彈性元件12.1概述

12.1.1基本概念和功用彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，外力去除后能恢復(fù)原狀的性能，稱為材料的彈性。

彈性元件：利用材料彈性性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)完成各種功能的零部件稱為彈性元件概念12.1.1基本概念和功用主要功用1)測(cè)力例如彈簧秤中的彈簧、測(cè)力矩扳手的彈簧等。2)產(chǎn)生振動(dòng)例如振動(dòng)篩、振動(dòng)傳輸機(jī)中的支承彈簧等。3)儲(chǔ)存能量例如鐘表彈簧(發(fā)條)、槍栓彈簧等。4)緩沖和吸振例如各種車輛的減振彈簧和各種緩沖器中的彈簧。5)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)例如內(nèi)燃機(jī)氣缸的閥門彈簧和離合器中的控制彈簧。6)改變機(jī)械的自振頻率例如用于電機(jī)和壓縮機(jī)的彈性支座。7)消除空回和配合間隙例如各種微動(dòng)裝置中用以消除空回的壓縮彈簧。振動(dòng)篩減震彈簧安全閥常見類型（1）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1）片簧：金屬薄片制成的片狀彈性元件2）平卷簧：帶材繞制成的平面螺線形彈性元件3）螺旋彈簧：金屬材料制成的空間螺旋形彈性元件4）彈簧管：薄壁管制成的圓弧形中空管狀彈性元件5）波紋管：圓柱形薄壁筒制成得帶有環(huán)狀波紋的彈性元件6）膜片：圓形薄片制成的彈性元件12.1.2常用彈性元件的分類和特點(diǎn)（2）按照用途分類

1)測(cè)量彈性元件：用來把某些物理量（如力、壓力、溫度等）轉(zhuǎn)變成彈性元件的變形，以便進(jìn)行測(cè)量。例如，測(cè)量氣體、液體壓力的膜盒（由兩片對(duì)扣在一起的膜片組成）。2)力彈性元件：用來作為傳動(dòng)系統(tǒng)的能源或者完成結(jié)構(gòu)的力封閉（機(jī)械手表發(fā)條、應(yīng)用在防松及防空回及其他使零件保持壓緊的的彈性零件）

。（3）根據(jù)所承受的載荷分類

拉伸彈簧壓縮彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧彎曲彈簧（4）根據(jù)使用的彈性材料

金屬?gòu)椈桑▓A柱螺旋彈簧）非金屬?gòu)椈桑ㄏ鹉z彈簧、空氣彈簧）12.1.2常用彈性元件的分類和特點(diǎn)彈簧材料要求

較高的彈性極限和疲勞極限；足夠的韌性和良好的熱處理性能。12.1.3常用彈性元件材料及其特點(diǎn)碳素彈簧鋼合金彈簧鋼有色金屬合金1、金屬材料材料橡膠塑料石英陶瓷空氣2、非金屬材料

常用材料的性能見表12-l

橡膠堆，用在車體與轉(zhuǎn)向架的彈性連接元件聯(lián)軸器中的塑料件用作彈性元件卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)使用石英絲作為彈性元件瑞士CPS182陶瓷壓力傳感器上使用陶瓷作為彈性材料空氣彈簧12.1.4彈性元件的許用應(yīng)力根據(jù)變載荷的作用次數(shù)以及彈簧的重要程度將彈簧分為三類：（1）I類——受變載荷作用的次數(shù)在106次以上或很重要的彈性元件如內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧、電磁制動(dòng)器彈簧等。（2）II類——受變載荷作用的次數(shù)在103～105次以上及受沖擊載荷的彈性元件，如調(diào)速器彈簧、一般車輛彈簧等。（3）III類——受變載荷作用次數(shù)在103次以下，即基本受靜載荷的彈性元件，如一般安全彈簧、摩擦式安全離合器彈簧等。

彈性元件的許用應(yīng)力不僅與材料的種類有關(guān)，也與材料的質(zhì)量、熱處理方法、載荷性質(zhì)、彈簧鋼絲的尺寸有關(guān)?；咎匦越馕鍪剑海絝(F)(p,t)12.2彈性元件的基本特性12.2.1彈性元件的基本特性

作用在彈性元件上的力、壓力或溫度等工作載荷與變形量之間的關(guān)系，稱為彈性元件的特性。特性曲線：直線型、曲線型彈性元件的特性曲線與理想直線之間的最大偏差和彈性元件的最大變形之間的百分比為彈性元件的最大非線性誤差，定義為彈性元件的非線性度。如果彈性元件的變形和載荷之間線性關(guān)系，則彈性元件的非線性度為零。

特性曲線彈性元件的非線性度彈性元件的最大非線性誤差12.2.1彈性元件的基本特性并聯(lián)系統(tǒng)剛度：使彈簧產(chǎn)生單位變形量的載荷彈性元件具有線性特性時(shí)，其剛度為常數(shù)，即串連系統(tǒng)注：每根彈簧受力相同，F(xiàn)i=F

剛度的倒數(shù)為柔度，則串聯(lián)彈性元件組成系統(tǒng)的柔度等于每個(gè)元件的柔度之和

12.2彈性元件的基本特性12.2.2影響彈性元件特性的因素由特性解析式得,如圓柱螺旋彈簧的特性式：12.2彈性元件的基本特性1、幾何尺寸參數(shù)的影響

螺旋彈簧的特性與其幾何尺寸和參數(shù)(D、d、n)有關(guān)

，特性相對(duì)誤差可表達(dá)為：

這部分誤差可以采用調(diào)整的方法予以消除，如調(diào)節(jié)彈簧的工作圈數(shù)n12.2.2影響彈性元件特性的因素2、溫度的影響

12.2彈性元件的基本特性彈性元件的特性還與材料的切變模量有關(guān)，溫度變化，切變模量隨之變化，其近似表達(dá)式：

為減小溫度變化對(duì)彈性元件的影響，可采用溫度系數(shù)值極小的材料，或采用補(bǔ)償?shù)姆椒?，用具有正溫度系?shù)的彈性材料減小影響切變模量的溫度特性引起的彈簧特性的相對(duì)誤差為：

3、彈性滯后和彈性后效的影響

1）彈性滯后

彈性滯后：指在彈性范圍內(nèi)加載與去載時(shí)特性曲線不相重合的現(xiàn)象

3、彈性滯后和彈性后效的影響

2）彈性后效彈性后效：指載荷改變后，不是立刻完成相應(yīng)的變形，而是在一定時(shí)間間隔中逐漸完成的

彈性滯后和后效的原因比較復(fù)雜，與彈性元件內(nèi)的最大應(yīng)力、所用材料的金相組織與化學(xué)成分及彈性元件的加工和熱處理過程等有關(guān)，一般可通過選取較大的安全系數(shù)、合理選定結(jié)構(gòu)和元件的連接方法(減小應(yīng)力集中)、采用特殊合金等以減小彈性滯后和彈性后效。

3、彈性滯后和彈性后效的影響

彈性滯后和后效所造成的特性誤差尚無法進(jìn)行理論計(jì)算，一般是通過對(duì)彈性元件做特性試驗(yàn)，利用加載和去載特性曲線上的變形量差值，求得彈性滯后和后效所造成的特性相對(duì)誤差。12.3螺旋彈簧

12.3.1螺旋彈簧的功能和特點(diǎn)

螺旋彈簧是用金屬線材繞制成空間螺旋線形狀的彈性元件。用來將沿軸線方向的力或垂直于軸線平面內(nèi)的力矩轉(zhuǎn)換為彈簧兩端的相對(duì)位移(沿軸線方向的軸向位移或垂直于軸線的平面上的角位移)；或者將兩端的相對(duì)位移轉(zhuǎn)換為作用力或力矩。螺旋彈簧簧絲的截面通常是圓形或矩形，也有方形和菱形的。

圓柱形螺旋彈簧的型式（依載荷作用方式）（1）拉伸彈簧－L型：承受沿軸向的拉力作用

12.3螺旋彈簧（2）壓縮彈簧－Y型：承受沿軸向的壓力作用（3）扭轉(zhuǎn)彈簧－N型：承受繞軸線的扭轉(zhuǎn)力矩的作用12.3.2螺旋彈簧的制造工藝

制造過程包括：卷繞、兩端面加工或鉤環(huán)制作、熱處理和工藝性試驗(yàn)等12.3螺旋彈簧

簧絲直徑小于10mm時(shí)，常用冷卷法。并經(jīng)低溫回火消除內(nèi)應(yīng)力。彈簧熱卷后須經(jīng)淬火和回火處理。

重要的壓縮彈簧，為保證兩端支承面與軸線垂直，應(yīng)將端面圈磨平。對(duì)拉伸和扭轉(zhuǎn)彈簧，兩端應(yīng)制有鉤環(huán)或桿臂。

為了提高彈簧的承載能力，可以在卷制后進(jìn)行強(qiáng)壓處理,不允許再進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫、變載荷以及腐蝕性環(huán)境工作。強(qiáng)壓處理—對(duì)壓縮彈簧，把彈簧壓至材料層的應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，使表面產(chǎn)生負(fù)剩余應(yīng)力，心部產(chǎn)生正剩余應(yīng)力

。對(duì)承受交變載荷的彈簧，可以采用噴丸處理以提高其疲勞強(qiáng)度和壽命。

在成型過程中的殘余應(yīng)力影響機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，彈性元件必須進(jìn)行時(shí)效處理，盡可能釋放彈性體的殘余應(yīng)力，使組織性能更穩(wěn)定。12.3.2螺旋彈簧的制造工藝噴丸處理——用機(jī)械或凈化的壓縮空氣，將鋼鐵丸、玻璃或陶瓷強(qiáng)烈地噴向金屬制品表面，使零件產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力及抗腐蝕能力。12.3.3圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基本幾何參數(shù)

1、圓柱螺旋壓縮彈簧12.3螺旋彈簧自由狀態(tài)下各圈之間應(yīng)有適當(dāng)間距在最大載荷作用下應(yīng)留有一定的間隙

兩端各有3/4～7/4圈并緊，稱為支承圈或死圈。當(dāng)彈簧的工作圈數(shù)不大于7時(shí)，每端的支承圈數(shù)約為3／4；當(dāng)工作圈數(shù)大于7時(shí)，每端的支承圈數(shù)約為l～7／4。在受變載荷作用的重要場(chǎng)合，應(yīng)該采用并緊磨平端面，死圈的磨平長(zhǎng)度應(yīng)不小于一圈彈簧圓周長(zhǎng)度的1／4，末端厚度約為0.25d。2、圓柱螺旋拉伸彈簧空載時(shí)彈簧各圈并攏。無預(yù)應(yīng)力的彈簧受力時(shí)各圈之間產(chǎn)生間隙；有預(yù)應(yīng)力的彈簧各圈之間有一定的壓緊力，只有在外加拉力大于壓緊力后各圈才開始分離，因而可以節(jié)省彈簧的軸向工作空間。

12.3螺旋彈簧鉤環(huán)的結(jié)構(gòu)形式如圖12.9

圖12.8拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)圖12.9拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu)12.3.3圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基本幾何參數(shù)圓柱螺旋壓縮和拉伸彈簧的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表12-2。12.3螺旋彈簧彈簧中徑D與簧絲直徑d之比稱為彈簧的旋繞比C=D/d，又稱彈簧指數(shù)。

其他條件相同時(shí)，C值太小，卷繞時(shí)彈簧絲受到強(qiáng)烈彎曲，簧絲內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力差懸殊，材料利用率降低；反之，C值過大，應(yīng)力過小，彈簧卷制后將有顯著回彈。通常情況下C=5～8，也可以參照表12-3進(jìn)行選用。表12-3旋繞比C的薦用值d/mm0.2~0.40.45~11.1~2.22.5~67~16C=D/d7~145~125~104~94~8旋繞比12.3.4圓柱螺旋彈簧的特性和應(yīng)力1.圓柱螺旋彈簧的特性線12.3螺旋彈簧

等節(jié)距圓柱螺旋彈簧的特性線是一條直線。工作行程：最小載荷F1＝(0.1～0.5)Fmax最大載荷Fmax由工作條件決定一般Fmax0.8F3。=-=-1）壓縮彈簧的特性線無初拉力時(shí)，圖b)有初拉力F0時(shí)，圖c)12.3螺旋彈簧2）拉伸彈簧特性線一般情況下F0約取以下值：3）圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧所受的載荷為轉(zhuǎn)矩T，所產(chǎn)生的變形為扭轉(zhuǎn)角φ。而最小轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩和極限轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可以參考?jí)嚎s彈簧中所給的數(shù)值。2、圓柱螺旋彈簧的強(qiáng)度和剛度計(jì)算

穩(wěn)定性計(jì)算

(1)壓縮彈簧強(qiáng)度受力分析

在軸向載荷作用下，將作用有扭矩﹑彎矩﹑切向力和法向力

螺旋升角γ較小(5°～9°)，計(jì)算時(shí)可以將彎矩和法向力忽略不計(jì)。(1)壓縮彈簧強(qiáng)度計(jì)算簧絲應(yīng)力計(jì)算：

為曲度系數(shù)

彈簧在承受最大載荷作用時(shí)，要滿足強(qiáng)度條件

圓彈簧絲直徑的計(jì)算值

由于簧絲曲度的存在，在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和切應(yīng)力共同作用下，最大切應(yīng)力出現(xiàn)在A點(diǎn)按表12-l規(guī)定選取,C與d有關(guān)，與d又有關(guān)，因此通常試算來確定d。

（2）圓柱螺旋壓縮彈簧剛度計(jì)算彈簧剛度

彈簧變形量

彈簧有效圈數(shù)

計(jì)算后圓整：n<15，則取n為0.5圈的倍數(shù)；n>15，則取為整圈數(shù)。彈簧的有效圈數(shù)最少為兩圈。圓柱螺旋壓縮彈簧

（3）穩(wěn)定性計(jì)算

彈簧的失穩(wěn)：b＝H0/D2比較大，當(dāng)載荷達(dá)到一定值時(shí)，彈簧會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲，使彈簧剛度突然降低，稱之為壓縮彈簧的失穩(wěn)。穩(wěn)定性與彈簧兩端的支承情況有關(guān)若b不滿足條件，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算：不失穩(wěn)的條件：（1）彈簧兩端固定：b<5.3（2）彈簧一端固定，另一端回轉(zhuǎn)：b<3.7（3）彈簧兩端回轉(zhuǎn)：b<2.6圓柱螺旋壓縮彈簧

（3）穩(wěn)定性計(jì)算保證不失穩(wěn)的措施：1.改變b值，使其小于允許值；2.Fmax＜FC3.b和Fmax不能滿足時(shí)，采用結(jié)構(gòu)保證：a）加導(dǎo)桿b）加導(dǎo)套無初拉力時(shí)，圖b)有初拉力F0時(shí)，圖c)12.3螺旋彈簧拉伸彈簧特性線拉伸彈簧有效圈數(shù):τ'—拉伸彈簧的初切應(yīng)力，可由圖12.17查得。（3）扭轉(zhuǎn)彈簧受轉(zhuǎn)矩T作用后的扭轉(zhuǎn)變形，任一截面處的彎矩Mb和轉(zhuǎn)矩T'分別為：由于γ很小，所以彈簧絲主要受Mb的作用，最大彎曲應(yīng)力按下式計(jì)算：彈簧圈數(shù)：其扭轉(zhuǎn)變形量為：12.4游絲

種類：測(cè)量游絲、接觸游絲（1）測(cè)量游絲，用于電工測(cè)量?jī)x中產(chǎn)生反作用力矩或者鐘表中產(chǎn)生振動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)力矩等。實(shí)現(xiàn)給定的特性方面有較高的要求。（2）接觸游絲，用于千分表、百分表中防止空回的游絲。對(duì)特性要求不嚴(yán)。12.4.1游絲的種類、要求和材料游絲是平卷簧的一種，屬于平卷簧。其寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度，并且是在彎曲狀態(tài)下工作的彈性元件。平卷簧分為兩種：游絲和發(fā)條游絲——產(chǎn)生反作用力矩，轉(zhuǎn)角較小發(fā)條——存儲(chǔ)能量，作為機(jī)構(gòu)能源，轉(zhuǎn)角較大精度要求高的游絲應(yīng)滿足的要求：

1）彈性特性合適；2）滯后和后效?。?）溫度敏感性低；4）防磁和抗蝕性好；5）重心位置準(zhǔn)；6）圈間距離相等；7）電阻系數(shù)小。材料：錫青銅（QSn4-3）：彈性好，工藝性好，導(dǎo)電性好，彈性滯后和彈性后效不如鈹青銅；鈹青銅（Qbe2）：彈性滯后和彈性后效較小，強(qiáng)度高，價(jià)格貴，耐腐蝕，用于要求較高的場(chǎng)合；恒彈性合金（Ni42CrTi）：剛度受溫度變化影響小，可用于鐘表；不銹鋼：耐腐蝕性強(qiáng)；黃銅：價(jià)格便宜，但彈性性能較差；游絲的結(jié)構(gòu)－游絲端部的固定方法第四節(jié)游絲12.4.2游絲的結(jié)構(gòu)12.4.3游絲的特性矩形截面游絲在力矩作用下產(chǎn)生彎曲變形，其特性公式為：12.4.4

游絲的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)游絲－國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB12159-90），根據(jù)給定的特性直接選用。游絲的幾何參數(shù)有：圈數(shù)、厚度、寬度。圈數(shù)的選擇：側(cè)向力隨每圈轉(zhuǎn)角增大而增大，為減小偏心分布的游絲對(duì)軸產(chǎn)生的對(duì)工作不利的側(cè)向力，因此增大圈數(shù)可以減小每圈的轉(zhuǎn)角。推薦：轉(zhuǎn)角≥2π時(shí)，圈數(shù)取10~14轉(zhuǎn)角＜2π時(shí)，圈數(shù)取5~10厚度和厚度的選擇：寬厚比u=b/h，寬厚比增大有利于游絲的彈性滯后和后效的減小。因此對(duì)滯后和后效有較高要求的，通常取8~15。大的寬厚比的游絲制造工藝比較復(fù)雜，所以對(duì)于滯后和后效沒有要求的游絲，寬厚比一般取4~8。振動(dòng)條件下工作的游絲，為保證振動(dòng)穩(wěn)定性，取小的寬厚比。如手表取3.5，航空和汽車儀表也取小的寬厚比。非標(biāo)準(zhǔn)游絲－設(shè)計(jì)與計(jì)算

已知：原始數(shù)據(jù)通常為最大（?。┯谓z力矩M2（M1）和最大（小）游絲轉(zhuǎn)角2（1），以及游絲的用途和安裝空間。

求：游絲的寬度b、厚度h、長(zhǎng)度L（圈數(shù)n）及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)。按結(jié)構(gòu)條件初定長(zhǎng)度L按特性條件確定寬度b和厚度h按強(qiáng)度條件校驗(yàn)最大應(yīng)力長(zhǎng)度L、圈數(shù)n、圈間距離a（如果使用標(biāo)準(zhǔn)游絲，圓整）因?yàn)橹圃斓脑颍琣是h的整數(shù)倍，倍數(shù)一般不小于312.5片簧

12.5.1片簧的類型和功用按其外形：直片簧－a、彎片簧－b、c按截面形狀：等截面、變截面按安裝情況：有初應(yīng)力片簧－a無初應(yīng)力片簧－b12.5.2直片簧的結(jié)構(gòu)第五節(jié)片簧雙螺釘固定防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)防轉(zhuǎn)12.5.2直片簧的結(jié)構(gòu)1.固定結(jié)構(gòu)1）防轉(zhuǎn)：雙螺釘固定、單螺釘加防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2）保護(hù)：所用墊片，邊緣做成圓角3）絕緣：電接觸點(diǎn)的接觸彈簧，應(yīng)使用絕緣材料使片簧、基座和螺釘絕緣。2.自身結(jié)構(gòu)固定部分寬于工作部分，兩部分銜接處使用圓角，減少應(yīng)力集中12.6熱雙金屬?gòu)椈山M成：主動(dòng)層（線膨脹系數(shù)大）、從動(dòng)層（線膨脹系數(shù)小）12.6.1熱雙金屬?gòu)椈傻慕Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用U形：與直片形相比，在溫度變化相同時(shí)，產(chǎn)生較大的變形，安裝空間小直片形：應(yīng)用于變形較小的場(chǎng)合?？梢砸欢斯潭ㄒ部蓛啥斯潭āｉL(zhǎng)度不小于寬度的三倍，寬度一般不大于厚度的20倍。需要較大作用力和較敏感的性能時(shí)可以幾個(gè)幾個(gè)金屬片疊成一組。溫度作用下要求熱雙金屬?gòu)椈僧a(chǎn)生轉(zhuǎn)角時(shí)，可采用平卷簧式的雙金屬?gòu)椈善瑹犭p金屬?gòu)椈芍饕糜跍囟葴y(cè)量元件，溫度控制元件和補(bǔ)償元件，或者設(shè)備中的溫度控制開關(guān)等帶雙金屬片的閉合觸點(diǎn)裝置12.6.2熱雙金屬?gòu)椈h的材料和制造材料應(yīng)滿足的要求是：1）主、被動(dòng)層兩種材料的線膨脹系數(shù)之差盡可能大，以提高靈敏度；2）兩種材料的彈性模量應(yīng)接近，以擴(kuò)大熱雙金屬?gòu)椈傻墓ぷ鳒囟确秶?）有良好的力學(xué)性能，便于加工；4）焊接容易。

常用的被動(dòng)層材料

鐵鎳合金，含鎳36%的鐵鎳合金在室溫范圍內(nèi)線膨脹系數(shù)幾乎為零，因此又叫不變鋼（或稱銦鋼）。當(dāng)工作溫度超過150℃時(shí)，線膨脹系數(shù)增加較快。因此，在較高溫度下工作的熱雙金屬，常用含鎳量為40%-46%的鐵鎳合金，可以得到較小的線膨脹系數(shù)。常用的主動(dòng)層材料常用的主動(dòng)層材料有色金屬和黑色金屬兩類1.有色金屬包括黃銅、錳鎳銅合金等。優(yōu)點(diǎn)：1）有較高的線膨脹系數(shù)外，還有很高的電阻率，可通過電流的方式直接加熱；2）具有耐蝕性高、焊接性能好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：

有色金屬材料的再結(jié)晶溫度較低，使用的溫度范圍較低。2.黑色金屬主要有鐵鎳鉻、鐵鎳鉬合金等優(yōu)點(diǎn)：允許使用的溫度范圍較高缺點(diǎn)：但制造較復(fù)雜。

熱雙金屬?gòu)椈梢话悴捎免F焊或熱軋的方法制造。

釬焊法優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，適用于單件生產(chǎn)缺點(diǎn)：所制造的熱雙金屬?gòu)椈傻男阅茌^差（其彈性和靈敏度受釬焊層材料的影響）

熱軋法

將主動(dòng)層和被動(dòng)層的材料貼在一起加熱軋制而成的。軋制的溫度必須正確選擇。溫度過高，可能使材料熔化；溫度過低，兩種材料在界面上不能緊密結(jié)合。優(yōu)點(diǎn)：可以批量生產(chǎn)性能良好的熱雙金屬帶。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，當(dāng)溫度控制不準(zhǔn)或軋制設(shè)備不好時(shí)，制造的熱雙金屬帶可能出現(xiàn)一些缺陷制造12.6.3熱雙金屬?gòu)椈h的計(jì)算產(chǎn)度為Δl的一個(gè)微小段熱雙金屬?gòu)椈?，溫度升高時(shí)，它變成一段圓弧，中心為角Δφ，則：12.6.3熱雙金屬?gòu)椈h的計(jì)算當(dāng)時(shí)，則：對(duì)于整段長(zhǎng)度為l的直片形熱雙金屬?gòu)椈?，溫度變化時(shí)，其自由端的位移S為：12.7其他彈性元件簡(jiǎn)介12.7.1彈簧管壓力p位移s

彈簧管又被稱為波登管，是一個(gè)彎成圓弧形的空心管，它的橫截面形狀如圖所示。工作原理：

彈簧管的開口端焊在帶孔的接頭中并固定在儀表基座上，而封閉端自由，其上有一個(gè)耳圈用于與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。當(dāng)從開口端通入壓力時(shí)，非圓截面的管子在內(nèi)壓力作用下力圖使截面變?yōu)閳A形，從而迫使管子曲率減小，自由端向外移動(dòng)產(chǎn)生位移。理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，其自由端位移量與管內(nèi)、外的壓差成正比。應(yīng)用：

常用作壓力測(cè)量的敏感元件。彈簧管彈力產(chǎn)生原理如果從管子中截取中心角為γ的一小段，當(dāng)通入壓力P后，截面要由橢圓形變?yōu)閳A形，長(zhǎng)軸變短，短軸變長(zhǎng)，如果二截面夾角不變，則二截面之間的管壁材料，在中性層以外的各層受拉伸，曲率減小，材料受拉伸應(yīng)力。而中性層以內(nèi)的各層受壓縮，曲率增大，材料受壓縮應(yīng)力。這樣就產(chǎn)生彈性恢復(fù)力矩，力圖恢復(fù)各層原來的長(zhǎng)度，從而迫使截面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角，使管子夾角減小，曲率半徑增大。如果管子一端固定，自由端便產(chǎn)生位移，直至達(dá)到彈性平衡。

制造彈簧管的材料主要有：

測(cè)量的壓力不大而對(duì)遲滯要求不高的，可采用黃銅、錫青銅；

測(cè)量壓力較高的采用合金彈簧鋼；

要求強(qiáng)度高、遲滯小而特性穩(wěn)定的，可用鈹青銅和恒彈性合金；

在高溫和腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧管，可用鎳鉻不銹鋼制造。材料

彈簧管的靈敏度和有效面積比較小，因此可以用作測(cè)量較大壓力的敏感元件。

如果需要提高彈簧管的靈敏度，可以采用螺旋形彈簧管、螺線形彈簧管、和S形彈簧管。這樣，相同壓力下彈簧管的自由端可以獲得比較大的轉(zhuǎn)角。提高彈簧管的靈敏度的結(jié)構(gòu)測(cè)量高壓力的彈簧管結(jié)構(gòu)

如果需要測(cè)量高壓，可采用麻花形彈簧管和偏心彈簧管。

麻花形彈簧管可以測(cè)量達(dá)幾十兆帕的壓力。其原理是利用在壓力作用下，橫截面產(chǎn)生彎矩，即壓力作用下橫截面的變形為基礎(chǔ)進(jìn)行感應(yīng)的。它的空間體積小，而變形產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角大，可以使儀表傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。

偏心彈簧管可以測(cè)量幾百至幾千兆帕的高壓，其原理是在壓力作用下，由于偏心，彈簧管的橫截面內(nèi)產(chǎn)生彎矩，而使管子的曲率發(fā)生變化。12.7.2波紋管第七節(jié)其它彈性元件簡(jiǎn)介

波紋管是一種具有環(huán)形波紋的圓柱薄壁管，它一端開口，一端封閉，或者兩端開口。波紋管通常是單層的，也有雙層或多層的。原理：

將波紋管的一開口端固定，另一端封閉且處于自由狀態(tài)，在通入一定壓力的氣體或液體后，波紋管就會(huì)伸長(zhǎng)。應(yīng)用：

在儀器儀表與自動(dòng)化裝置中，波紋管應(yīng)用很廣。除主要用作測(cè)量和控制壓力的彈性敏感元件外，也用作密封元件介質(zhì)分隔元件和導(dǎo)管撓性連接元件。材料

制造波紋管的主要材料有黃銅、錫青銅、鈹青銅以及不銹鋼等。

黃銅的彈性較低，彈性滯后和后效較大，主要用于不重要的波紋管。優(yōu)點(diǎn)：

在厚度和位移相同的條件下，多層波紋管的應(yīng)力小，耐壓高，耐久性也高。如果內(nèi)層為耐腐蝕材料，則具有良好的耐腐蝕性。缺點(diǎn)：

由于各層間的摩擦，故多層波紋管的滯后誤差加大。12.7.2波紋管應(yīng)用密封元件介質(zhì)分隔元件導(dǎo)管撓性聯(lián)接元件

波紋膜片由于具有同心環(huán)狀波紋，靈敏度較大，并可通過改變波紋形狀和尺寸調(diào)節(jié)膜片特性，所以其應(yīng)用比平膜片廣泛。

兩個(gè)膜片對(duì)焊起來，就組成膜盒。幾個(gè)膜盒連起來，就構(gòu)成膜盒組。膜盒和膜盒組可以提高膜片的靈敏度，增大變形位移量。應(yīng)用：

膜片、膜盒被廣泛地用作測(cè)量壓力的彈性敏感元件。當(dāng)膜片中心的位移受到限制時(shí)，膜片便將壓力