Трубчатые манометрические пружины

Применяют в качестве чувствительного элемента для измерения избыточного давления. Наибольшее распространение получили одновитковые трубчатые пружины Бурдона, которые представляют собой полые трубки овального или плоскоовального или фасонного сечения. Трубка изогнута по дуге, т.о., что малая ось сечения находится в плоскости кривизны трубки.

Трубка одним концом впаяна в штуцер, в который подается давление, в другой конец впаяна заглушка. При подаче давления в трубку она начинает разгибаться, и ее верхний конец перемещается пропорционально подаваемому давлению. Манометрические трубки подобного типа позволяют измерять давление воздуха, газов или жидкостей до 0,5 + 40,0 МПа. В зависимости от толщины стенки трубки h к длине малой полуоси b трубки делятся на тонкостенные и толстостенные

Трубки изготавливаются из латуни Л62, Л63, Л65 (до давления 0,1 МПа), бронзы БрОФ4-0,25.

Для средних и больших давлений применяют легированные и углеродистые стали, бериллиевые бронзы и мельхиор. Для сверхвысоких давлений стали 18ХНВА, 50ХФА и др.

Чувствительность трубок значительно меньше, чем у мембранных коробок или сильфонов. В связи с этим, для передачи движения от конца трубки применяют передаточно-множительные механизмы: кривошипно-ползунный механизм, трибосекторную передачу и др.

Чтобы получить большую чувствительность, т.е. значительное перемещение свободного конца пружины и обойтись при этом без передаточно-множительного механизма, переходят к многовитковым манометрическим пружинам. Однако их применение ограничено из-за сложности изготовления и значительных размеров.

Перемещение конца тонкостенной манометрической трубки эллиптического или плоскоовального сечения:

Как видно из уравнения, характеристика — линейная. Эта линейность

соблюдается до некоторого значения давления, которое называется пределом пропорциональности трубки Рпр. В связи с этим, максимальное рабочее давление:

К - коэффициент запаса прочности трубки Наилучшее значение

Угол между перемещением и его касательной составляющей находят по формуле:

Составляющие перемещения находим так: (радиальная и касательная)

В качестве примера подсчитаем М_тр для механизма манометра.

Моменты сил трения учитываются только в опорах механизма, т.е. на осях триба и волоска.

Второе слагаемое в уравнении (*) отпадает, так как поступательные кинематические пары отсутствуют, и формула принимает вид:

Где моменты сил трения от всех деталей, расположенных на осях триба и

сектора угол поворота триба. Отношение угла поворота сектора da,2 к углу

поворота триба есть передаточное отношение

где радиусы начальных окружностей триба и сектора.

Тогда:

где:

В этом уравнении определяются моменты сил трения от веса деталей, но не учитывается приведенный момент сил трения, вызванного дополнительным трением в опорах за

счет действия момента от волоска.

Приведенный момент трения от действия волоска пропорционален Приведенный момент трения с учетом действия волоска.

Максимальный момент волоска:

Коэффициент пропорциональности К_В связан с КПД механизма зависимостью Можно принимать , тогда

Подставив в уравнение (*) получим:

Максимальный момент волоска:

Где минимальный (предварительный) угол закрутки волоска.

Размеры сечения волоска часто выбирают по нормалям в зависимости от Однако они

могут быть определены расчетным путем.

Для волосков из сталей У8А и У12А

а из бронз

Из уравнения (**) находим длину волоска:

Шаг спирали, или расстояние между осями соседних витков пружины пропорционален h

Где для волосков с моментом до Нмм, а при больших моментах

Задавшись внутренним диаметром D₂ спирали в зависимости от диаметра оси, на который он крепится, находят наружный диаметр D₁ волоска в незакрученном состоянии.

Обычно принимают мм и тогда:

Число витков волоска:

Значения берут в зависимости от отношений - от значения из

справочников.

СПРАВОЧНИКИ:

1. И. И. Артобоевский, Механизмы в современной технике. М., Науки, 1971 г., Приборостроение и средства автоматики: Справочник под редакцией

2. А. Н. Таврилова Т2 кн. 1-2, М.: Машиностроение, 1964 г.

3. Справочник конструктора точного приборостроения под редакцией Ф. Л. Литвина М. - Л.: Машиностроение, 1964г.