Jäykkyys: Kuormitusta, joka vaaditaan yksikkösiirtymän tuottamiseen metallipalkeessa tai muussa elastisessa elementissä, kutsutaan elementin jäykkyydeksi, jota yleensä merkitään "K". Jos elementin elastiset ominaisuudet ovat epälineaariset, jäykkyys ei ole enää vakio, vaan muuttuu kuormituksen kasvaessa. Yleisessä suunnittelussa käytettävien palkeiden -tyyppisten elastisten elementtien jäykkyystoleranssi on rajoitettu arvoon +/- 50%. Paljeen jäykkyys luokitellaan aksiaalijäykkyyteen, taivutusjäykkyyteen ja vääntöjäykkyyteen kuormituksen ja siirtymän luonteen mukaan. Paljesovelluksissa suurin osa kuormista on aksiaalisia kuormia ja siirtymä on lineaarinen. Seuraavassa on joitakin tärkeimpiä menetelmiä palkeen aksiaalisen jäykkyyden laskemiseksi:
1. Energiamenetelmä palkeen jäykkyyden laskemiseen
2. Empiirinen kaava palkeen jäykkyyden laskemiseksi
3. Numeerinen menetelmä palkeen jäykkyyden laskemiseksi
4. EJMA-standardin jäykkyyden laskentamenetelmä
5. Japanilainen TOYO-jäykkyyden laskentamenetelmä
6. Amerikkalainen KELLOGG (uusi menetelmä) jäykkyyden laskentamenetelmä
Edellä mainittujen kuuden jäykkyyslaskentamenetelmän lisäksi ulkomailla on monia muitakin jäykkyyden laskentamenetelmiä, joita ei tässä esitetä. Kiinalaiset mekaniikkatutkijat ovat tehneet laajaa tutkimusta ja kokeellisia analyyseja palkeilla, ja ne ovat saavuttaneet hedelmällisiä tuloksia. Tärkeimpiä tutkimusmenetelmiä ovat mm.
(1) Häiriömenetelmä
(2) Numeerisen integroinnin alkuparametrimenetelmä
(3) Integraaliyhtälön menetelmä
(4) Häiriöelementtimenetelmä. Kaikki nämä menetelmät voivat tarjota suhteellisen tarkat laskelmat palkeista. Kehittyneen teoreettisen ja laskennallisen matematiikan soveltamisen vuoksi niiden tekninen soveltaminen on kuitenkin jonkin verran vaikeaa ja niitä on vaikea hallita, mikä vaatii lisää popularisointia ja edistämistä.
Jäykkyyden laskenta, kun metallipalkkeja käytetään yhdessä kierrejousien kanssa
Kun käytössä vaaditaan suurta jäykkyyttä, mutta itse metallipaljeen jäykkyys on suhteellisen alhainen, voidaan katsoa, että lieriömäinen kierrejousi sijoitetaan palkeen sisään tai ulkopuolelle. Tämä ei ainoastaan paranna koko elastisen järjestelmän jäykkyyttä, vaan myös vähentää suuresti hystereesin aiheuttamaa virhettä. Tämän järjestelmän elastisuus riippuu pääasiassa jousen ominaisuuksista ja palkeen tehollisen alueen vakaudesta.
Palkeen taivutusjäykkyys
Palkeiden jännityslaskenta
Elastisena tiivistyskomponenttina metallipaljeen tulee ensin täyttää lujuusvaatimus, eli sen maksimijännitys ei ylitä sallittua jännitystä tietyissä olosuhteissa. Sallittu jännitys saadaan jakamalla murtojännitys varmuuskertoimella. Paljeen käyttöolosuhteista ja käyttövaatimuksista riippuen murtojännitys voi olla myötöraja, kriittinen jännitys, jossa palje muuttuu epävakaaksi, tai väsymislujuus jne. Palkeen maksimikäyttöjännityksen laskeminen edellyttää jännitysjakauman analysointia palkeen seinämän sisällä.
Palkeeseen kohdistuva jännitys syntyy järjestelmän paineesta ja palkeen muodonmuutoksesta. Paine synnyttää kehäjännityksen palkeisiin, kun taas säteittäiset kalvo- ja taivutusjännitykset syntyvät aallon sivuseiniin, kouruihin ja harjoihin. Ohuita kuoria, jotka eivät kestä taivutusta, kutsutaan joskus kalvoiksi, ja jännitystä, joka lasketaan huomioimatta taivutusta, kutsutaan kalvojännitykseksi. Säteittäinen kalvojännitys ja taivutusjännitys syntyvät, kun palje vääntyy. Kun palkeet ovat toiminnassa, jotkut kantavat sisäistä painetta ja jotkut ulkoista painetta. Esimerkiksi palkeet ja metalliletkut kantavat enimmäkseen sisäistä painetta, kun taas venttiilivarren tiivisteissä käytettävät palkeet kantavat yleensä ulkoista painetta. Tämä analyysi keskittyy pääasiassa paljeen jännitykseen sisäisen paineen alaisena. Paljeen kyky kestää ulkoista painetta on yleensä suurempi kuin niiden kyky kestää sisäistä painetta. Palkeen laajan käytön myötä palkeen jännitystä on analysoitu, tutkittu ja kokeellisesti todennettu laajasti, minkä tuloksena on saatu monia laskentakaavoja, ohjelmia ja kaavioita teknistä suunnittelua varten. Jotkut menetelmät ovat kuitenkin epämukavia käyttää monimutkaisten kaavioidensa tai ohjelmiensa vuoksi, kun taas toiset tekevät liian yksinkertaistettuja tai idealisoituja oletuksia, mikä vaikeuttaa turvallisen ja luotettavan käytön takaamista. Insinööriyhteisö ei ole hyväksynyt monia menetelmiä. Siksi vain harvat menetelmät todella täyttävät käytännön vaatimukset. Kaksi yleisesti käytettyä menetelmää ovat seuraavat:
Numeerinen menetelmä palkeen jännityksen laskemiseksi
Tämä menetelmä olettaa, että kaikki palkeet ovat samoissa olosuhteissa, ja se tutkii vain yhden palkeen puoliaallon{0}}laskennan aikana. Päätypalkeita ei siis oteta tutkimuksessa huomioon, vaikka päätypalkeen reunaehdot ovat erilaiset kuin keskipalkeen. Numeerinen menetelmä perustuu E... Ratkaisu on johdettu Lesnerin ehdottamista epälineaarisista yhtälöistä ohutseinämäisen kierrosluvun aksiaalisesti symmetriselle muodonmuutokselle-, jonka seinämän paksuus vaihtelee. E. Lesnerin yhtälöiden johtamisessa käytetään yleisiä ohut-kuoren teorian oletuksia, mukaan lukien: oletus, että paksuus on hyvin pieni verrattuna kuoren kaarevuuden pääsäteisiin; sekä oletukset materiaalin homogeenisuudesta ja isotropiasta. Nämä oletukset tuovat myös tiettyjä virheitä laskelmiin. Tämä johtuu siitä, että palkeen valmistuksen aikana aihion valssaus, veto ja myöhempi aallotettu muovimuovaus aiheuttavat anisotropiaa ja epätasaisuutta materiaalin mekaanisissa ominaisuuksissa.
Amerikkalaisen EJMA:n stressinlaskentamenetelmä
Palkeiden tehollinen pinta-alalaskenta
Tehollinen pinta-ala on yksi palkeen perussuorituskykyparametreista. Se luonnehtii palkeen kykyä muuntaa paineen keskitetyksi voimaksi. Sovelluksissa, joissa palkeella paine muunnetaan keskitetyksi voimantuotoksi, tehollinen pinta-ala on ratkaiseva parametri.
Kun palketta käytetään voima{0}}tasapainotetuissa instrumenteissa, sen tehollisen alueen vakaus vaikuttaa suoraan instrumentin tarkkuuteen. Siksi tällaisissa sovelluksissa ei vaadita vain kohtuullista tehollista pinta-alaa, vaan tehollisen alueen on myös pysyttävä muuttumattomana käytön aikana työolosuhteista riippumatta.
1. Konsepti ja muutokset tehoalueella
Tehollinen alue on ekvivalenttialue, johon kohdistuva paine tuottaa saman aksiaalivoiman. Yleensä palkeen tehollinen pinta-ala pienenee sisäisen paineen kasvaessa ja kasvaa ulkoisen paineen kasvaessa.
2. Palkeen tehollinen tilavuusalue
Paljeen tilavuuden muutoksen suhdetta ulkoisen voiman tai paine-eron vaikutuksesta vastaavaan tehollisen pituuden muutokseen kutsutaan sen efektiiviseksi tilavuusalueeksi.
3. Palkeen tehollisen pinta-alan laskenta
Palkeen tehoalueen vaatimukset ja laskentamenetelmät riippuvat sen käyttötarkoituksesta. Jos palkea käytetään elastisena tiivisteenä tai putkilinjan lämpökompensointiin, tehollinen pinta-ala on merkityksellinen vain palkeen muodostuksen aksiaalivoiman ja järjestelmän työntövoiman laskennassa. Palkeen lasketun ja mitatun tehollisen pinta-alan välillä on usein ero. Yleensä tehollisen pinta-alan laskeminen tietyllä kaavalla riittää.
Kun palkeita käytetään voimantasauslaitteissa ja paineen muuntamista vaativissa sovelluksissa, niiden tehollinen pinta-ala on määritettävä tarkasti, mikä edellyttää yksittäisiä mittauksia.
Herkkyys: Metallipalkeen ja muiden elastisten elementtien siirtymistä yksikkökuorman alaisena kutsutaan elementin herkkyydeksi. Jäykkyys ja herkkyys ovat palkeiden ja muiden elastisten elementtien tärkeimmät toiminnalliset parametrit, mutta ne ovat kaksi eri tapaa ilmaista samaa suorituskykyä. Eri tilanteissa kumpaa tahansa parametria voidaan käyttää analyysin helpottamiseksi.
Tehollinen alue: Elastisille elementeille, jotka toteuttavat paineen-voiman tai voiman-painemuunnos, toinen tärkeä toiminnallinen indikaattori on tehollinen alue. Tehollinen pinta-ala viittaa keskittyneen voiman suuruuteen, jonka elastinen elementti voi muuntaa, kun sen siirtymä on nolla yksikköpaineen alaisena.
Käyttöikä: Elastiset elementit toimivat kahdessa tilassa: toinen toimii tietyissä kuormitus- ja siirtymäolosuhteissa ylläpitäen vakiona tai vähän muuttuvaa kuormitusta ja siirtymää, jota kutsutaan staattiseksi toiminnaksi; toinen on kun kuorma ja siirtymä muuttuvat jatkuvasti ja syklisesti ja elementti on syklisessä toimintatilassa. Eri toimintatiloista johtuen myös elementin vaurio- tai vikatilat vaihtelevat. Instrumentin elastiset herkät elementit toimivat elastisella alueellaan, olennaisesti staattisessa käyttötilassa, ja niillä on erittäin pitkä käyttöikä, yleensä kymmenistä tuhansista satoihin tuhansiin jaksoihin. Palkeen-tyyppiset komponentit, joita käytetään suunnittelussa, toimivat joskus elastisella-muovisella alueella tai vaihtelevalla jännityksellä, ja niiden käyttöikä on vain muutamasta sadasta tuhanteen sykliin. Kun komponentteja käytetään syklisessä käytössä, on määritettävä sallittu käyttöikä, mukaan lukien jaksojen lukumäärä, aika ja taajuus.
Elastisen elementin nimelliskäyttöikä on elementin suunnittelun aikana määritetty odotettu käyttöikä, joka edellyttää, että elementti ei väsy, vaurioidu tai vioittu tänä aikana.
Tiivistyskyky: Tiivistyskyky viittaa elementin kykyyn estää vuodot tietyssä sisäisessä ja ulkoisessa paine-erossa. Palje{1}}tyyppiset komponentit toimivat siten, että niiden sisäontelo on täytetty paineen alaisena kaasulla tai nestemäisellä aineella, joten tiivistyskyky on taattava. Tiivistyksen suorituskyvyn testausmenetelmiä ovat pneumaattiset tiivistystestit, vuototestit, nesteen painetestit ja vuodon havaitseminen saippuavedellä tai heliummassaspektrometrillä.
Luonnontaajuus: Teollisuudessa käytetyt elastiset elementit toimivat usein ympäristöissä, joissa on tietty tärinä. Joitakin osia käytetään tärinäneristysosina ja ne ovat itse tärinäolosuhteissa. Erikoisolosuhteissa käytettävien elastisten elementtien kohdalla on oleellista estää elementin ominaistaajuus (erityisesti perustaajuus) olemasta lähellä minkä tahansa järjestelmän värähtelylähteen taajuutta resonanssin ja vaurioiden välttämiseksi. Paljekomponentteja käytetään laajasti eri aloilla. Paljeen resonanssipintojen vaurioitumisen välttämiseksi palkeen ominaistaajuuden tulee olla pienempi kuin järjestelmän värähtelytaajuus tai vähintään 50 % korkeampi.
Käyttölämpötila: Metallipaljekomponenttien käyttölämpötila-alue on laaja ja se määritellään yleensä ennen elastisen elementin suunnittelua ja valmistusta. Joissakin -erikoiskäyttöisissä palkeissa on sisäiset ontelot, jotka kestävät nestemäistä happea (-196 astetta) tai jopa alhaisempia lämpötiloja, kuten nestemäistä typpeä, ja joiden paineenkesto on jopa 25 MPa. Putkijärjestelmän liitäntöihin käytettävät suuret palkeet (joissa nimellishalkaisijat ovat yli 1 m) vaativat 4 MPa:n paineenkeston, 400 asteen lämpötilankeston ja tietyn korroosionkestävyyden. Elastisen elementin lämpötilan mukautuvuus riippuu käytetyn elastisen materiaalin lämpötilan kestävyydestä. Siksi on välttämätöntä valita elastinen materiaali, jolla on sopivat lämpötilan suorituskykyparametrit elastisen elementin käyttölämpötila-alueen perusteella, jotta voidaan valmistaa päteviä paljekomponentteja.
