2.1 Рабочие характеристики упругих элементов

Упругой характеристикой называется зависимость между перемещением к определенной точке упругого элемента и величиной нагрузки. Упругая характеристика является одним из основных показателей свойств упругих элементов и может быть представлена в виде уравнения, в табличной или графической форме.

Рис. 2.1 Упругие характеристики

В зависимости от конструкции и способа нагружения упругого элемента его упругая характеристика (рис. 2.1) может быть линейной (1) или нелинейной, затухающей (2) или возрастающей (3).

Важными параметрами, характеризующими свойства упругого элемента, являются его жесткость Р (Н/мм, МПа/мм, Н*мм/рад и др.). Если характеристика упругого элемента линейна, то жесткость представляет собой отношение нагрузки P к соответствующему перемещению λ. Чувствительность (податливость) – величина, обратная жесткости и определяется как отношение перемещения к вызвавшей его нагрузке.

При нелинейной характеристике жесткость и чувствительность упругого элемента изменяются по мере возрастания прогиба.

Перестановочные (тяговые) усилия. Деформируясь под действием рабочей нагрузки, упругий элемент встречает сопротивление со стороны механизма прибора. Преодоление упругим элементом этого сопротивления оценивается величиной перестановочного (тягового) усилия.

Перестановочная (тяговая) сила относится к числу важных характеристик упругого элемента. От ее величины зависит порог чувствительности прибора. Величину тяговой силы используют при расчетах манометрических упругих элементов преобразующих давление в перемещение, т.е. там, где необходимо развивать тяговую силу, превышающую силу сопротивления механизма прибора.

2.2 Плоские мембраны

Плоские мембраны имеют затухающую упругую характеристику, поэтому их используют там, где требуется небольшой ход, при этом мембрана нагружается только рабочим давлением, не испытывая противодействия со стороны механизма прибора.

Металлические мембраны изготовляют штамповкой из листового материала. Такой способ изготовления позволяет выдерживать узкие допуски на толщину материала и на размеры мембраны.

Характер деформации плоской мембраны зависит от величины прогибов, которые она получает под нагрузкой (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Упругая характеристика плоской мембраны и возникающие в ней напряжения

При малых прогибах перемещения мембраны связаны в основном с изгибом материала. Срединная плоскость мембраны почти не удлиняется. В области малых перемещений мембрана имеет характеристику, близкую к линейной; для ее расчета можно воспользоваться линейной теорией изгиба круглых пластинок.

При увеличении нагрузки прогибы мембраны становятся соизмеримыми с толщиной. Срединная плоскость мембраны удлиняется, что приводит к появлению напряжений растяжения, соизмеримых с изгибными напряжениями. Прогибы мембраны при этом увеличиваются медленнее, чем нагрузка, и упругая характеристика становится затухающей. Расчет мембраны в области больших перемещений должен быть основан на нелинейной теории, учитывающей как изгиб, так и растяжение мембраны в срединной поверхности.

Дальнейшее увеличение прогибов происходит в основном в результате растяжения мембраны. В этом случае расчет можно производить по теории абсолютно гибкой мембраны без учета жесткости на изгиб.