由于水的最高壓力可達到500MPa,管子內徑范圍為10~110mm,液壓脹管應用了 Mises 推導的公式作為計算基礎,該公式是假設圓筒受內壓或外壓而產生的應力為平面應力,同時,材料在超過屈服限以后,以沒有應變剛的形態產生塑性流動(這對于塑性變形量很小的脹管工程來說是足夠精確的)。管子是一個真實圓筒,而管板是一假設的圓筒,其內半徑為孔半徑,外半徑為其相鄰各孔的分布內圓(見圖 3),即管板孔間距
與孔半徑之差。
通過公式推導,得出管子外纖維達到塑性變形時的內壓為:Pi a = σ FR (μ p 2 -1)/2 (1)式中:σ FR = 管子材料的屈服極限U R =rd/ri在管板孔內壁和管子外壁擴張后彈性恢復值相同(即管子和管板孔此時間隙為零而無過剩的貼緊比壓)的情況下,脹管壓力為:
Po=2σFR (μ p2 -1)/[(3μr 4 +1)1/2 μp 2 (1+μ)+1-μ]+ σ FR (μ R 2 -1)/2
μ p =Ra/Ri
μ =材料泊松比,一般取μ =0.3
為使管子在管板孔中進一步貼緊,必須增加脹管壓力,為了避免過大的內壓造成相鄰管孔產
生塑性變形,利用下述公式可以計算出脹管的極式中σFp = 管板材料的屈服極限其余與上式相同。脹接后,管子與管板的貼緊比壓力P H 和管子的拉脫力P R 可以通過公式計算:
P H =1/{1+[(μ p 2 -1)/ (μ R 2 +1)]·[μ p 2 (1-μ)+1+μ]/[μ p 2 (1+μ)+1-μ]}·(P i -P o )
式中:Pi=實際脹管壓力
PR=2π·ra·L·P H ·f (5) 式中:L= 脹接長度 f=材料間的摩擦系數。
注:注:脹接壓力的計算公式是以平面應力為基礎,管板的形狀被假定為帶孔的圓環。實際上脹接長度一般均小于管板厚度,管橋處對圓環起支撐作用,以及材料應變剛等的影響,計算時引入一系數β,可以使計算結果更接近實際。
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