Расчет и проектирование тонкостенных манометрических трубчатых пружин с переменной по периметру сечения толщиной стенки

• Автор: Устинов, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса, постановка задач исследования

1.1 Принцип действия манометрической трубчатой пружины.

1.2. Обзор литературы, посвященной расчету и проектированию манометрических трубчатых пружин

1.3 Патентные исследования, классификация манометрических трубчатых пружин.

1.4 Основные технические параметры манометрических трубчатых пружин.

1.5 Основные выводы, постановка задачи

ГЛАВА 2. Математическая модель напряженнодеформированного состояния манометрических трубчатых пружин с произвольной

формой сечения и переменной толщиной стенки

2.1. Основные соотношения теории тонких оболочек используемые

для расчета манометрических трубчатых пружин
2.2. Задание формы поперечного сечения
2.3. Решение дифференциальных уравнений, описывающих напряженнодеформируемое состояние манометрической пружины
2.4. Определение технических параметров манометрических трубчатых пружин.
2.5. Оценка эффективности предложенной математической модели, сравнение с результатами других работ
2.6. Программная реализация предложенного алгоритма, описание
пакета прикладных программ
Выводы
ГЛАВА 3. Исследование влияния формы поперечного сечения тонкостенных манометрических трубчатых пружин на их технические параметры
3.1. Влияние формы средней линии поперечного сечения на технические параметры манометрических трубчатых пружин.
3.2. Влияние закона изменения толщины стенки по периметру сечения на технические параметры манометрических трубчатых пружин
3.2.1. Изменение толщины стенки по периметру сечения как способ улучшения технических параметров манометрических пружин
3.2.2. Выбор закона изменения толщины стенки.
3.2.3. Исследование чувствительности, изгибной жесткости, тягового момента и работоспособности.
3.3. Исследование пружин восьмеркообразного профиля с
переменной толщиной стенки
Выводы
ГЛАВА 4. Автоматическое проектирование тонкостенных
манометрических трубчатых пружин с переменной по периметру
сечения толщиной стенки
4.1. Критерии выбора манометрической трубчатой пружины.
4.2. Алгоритм автоматического проектирования пружин.
4.3. Программная реализация алгоритма автоматического
проектирования пружин.
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В качестве возможных вариантов средней лини рассматривается возможность проектирования пружин с плоскоовальной, овальной, восьмеркообразной, ромбовидной формой средней линии сечения. Закон изменения толщины пружины по периметру сечения может быть произвольным, при условии сохранения симметрии сечения относительно плоскости кривизны пружины. Алгоритм автоматического проектирования реализован в виде прикладной программы в среде МАТЬАВ. В заключении кратко изложены обладающие научной новизной положения диссертации и наиболее значимые результаты, полученные в работе. В манометрической пружине используется свойство полой тонкостенной трубки некругового сечения деформироваться под действием подводимого давления. Пружина представляет собой кривую трубку, имеющую некруглую форму поперечного сечения, которое имеет одну или две взаимно перпендикулярные оси и расположено так, что одна из его осей является продолжением радиуса кривизны (см. Один конец пружины укрепляется в неподвижном штуцере, а другой соединяется с механизмом прибора. Под действием давления пружина разгибается, и ее свободный конец совершает ход Х? Рассмотрим более подробно деформации, возникающие при работе пружины. При подаче давления во внутреннюю полость поперечного сечения пружины деформируется, стремясь к окружности. Если бы поперечные сечения пружины не поворачивались, то произвольное волокно АВ элемента пружины, выделенного двумя близкими поперечными сечениями, перешло бы в положение А'й (рис. При этом радиус волокна А В увеличится с Вт+х до Ят+х+и,. А поперечного сечения на ось х. Волокно АВ удлинилось бы на величину отрезка СО. Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. М.: Машгиз. Для большинства манометрических пружин радиус кривизны Ят значительно больше малой полуоси В сечения, поэтому и х«Ят. Рис. Рис. Самые большие перемещения н», следовательно, и наибольшие удлинения получают волокна (см. Поворот сечений пружины связан именно со стремлением «активных» волокон - сохранить свою начальную длину. Волокна вблизи концов большой оси - «пассивные» волокна - перемещаются в основном в направлении оси 2^ и их длина при деформации сечения изменяется незначительно. Поэтому, стремясь сократиться до прежних размеров, «активные» волокна встречают сопротивление со стороны «пассивных» и, сжимая их, сами остаются растянутыми. В нижней половине сечения «активные» волокна будут сжаты, а «пассивные» - растянуты. Распределение продольных деформаций е! Итак, главным условием работы пружины Бурдона является искривление контура поперечного сечения. Чем больше это искривление, тем больше угловое ЛФ и линейное Хр перемещения конца пружины. Явление распрямления сплющенной кривой трубки под действием внутреннего давления было- открыто по Штромейеру [1] немецким инженером Щинцем в году. Это явление было положено в основу первого манометра, запатентованного в году парижским механиком Е. Бурдоном [2]. Первый манометр представлял собой двухвитковую латунную сплющенную трубку с закрепленным в держателе концом, к которому подводилось давление. Второй закрытый конец был снабжен указателем, который при подаче внутрь трубки давления перемещался по шкале Позднее длина трубки была значительно уменьшена за счет применения множительного механизма, и теперь одновитковые трубчатые пружины известны как пружины Бурдона. Первая теоретическая работа, посвященная расчету пружин Бурдона, была опубликована в году Хиллом [3], где с геометрических позиций объяснена причина распрямления пружины под действием давления. ДГ=гМ. Y - центральный угол пружины; ДЬ - изменение малой полуоси сечения b — малая ось поперечного сечения. Таким образом, в постановке Хилла деформация сечения под действием давления и кривизна центральной оси являются основными факторами, обуславливающими действие пружины. К более позднему периоду относятся статьи A. A.G. Greenhill [5], которые дают лишь качественную картину деформации трубки без указания возможных путей получения количественных зависимостей между ходом трубки и давлением. Для этих работ характерно более глубокое рассмотрение качественных зависимостей между параметрами трубки.