金屬（shǔ）波紋管設計的理論基礎是板殼理論、材料力學、計算數學等。波紋管設計的參（cān）數較多，由於波紋管在係（xì）統中的用途不同，其設計計算的重點也不一樣。例如，波紋管用於力平衡元件，要求波紋管在工作（zuò）範圍內其有效麵積不變或（huò）變化很小，用於測量元件，要求波紋管的彈（dàn）性特性是線性的；用於真空開關管作真空密封件（jiàn），要求波紋管的真空密封性、軸向位移量和疲勞壽命；用於（yú）閥門作密（mì）封件，要求波紋（wén）管（guǎn）應具有一定的耐壓力、耐腐（fǔ）蝕、耐溫度、工（gōng）作位移和疲勞壽命。根據波紋管的結構特點，可以把波紋（wén）管（guǎn）當作圓環殼、扁錐殼或圓環（huán）板所組（zǔ）成。設計計算波紋管也就是設（shè）計計（jì）算圓外殼、扁錐殼或團環板。

    計算的參數為剛度、應（yīng）力、有（yǒu）效麵積、失穩、允許位移、耐壓力和使用壽（shòu）命。

    耐（nài）壓力

    耐壓力是波紋管性能的一個重（chóng）要（yào）參數。波紋管在常溫時，波形上不發生塑性變形所能承受的最大靜壓力，即（jí）為（wéi）波紋管的最大耐壓力在一（yī）般情況下，波紋（wén）管（guǎn）是在一定的壓力（內壓或外壓）下工作的（de），所以它在整個工（gōng）作過程中必須承受這個壓力而不（bú）產（chǎn）生塑性變形。

    波（bō）紋管的耐壓力實際上屬於波紋管的強度範疇（chóu）。計算的關鍵是應力分析，也就是分析波紋管管（guǎn）壁上的應力隻要波紋管管壁上最大應力點的應力（lì）不超過材料的屈服強度，波（bō）紋管所受的壓力就不會達到其耐壓力。

    同一波紋（wén）管在其它工作條件相（xiàng）同時，受外壓比受內壓時的穩定性要好，所以，受外壓作用時的最大耐壓力比受內壓時高。

    當波紋管兩端固（gù）定（dìng），如果在其內腔通（tōng）入足夠大的壓力時，波紋管波峰處有可能（néng）爆破損壞。波紋（wén）管開始出現爆破時波紋管內部（bù）的壓力值稱為爆破壓力。爆破壓（yā）力是表征波紋（wén）管最大（dà）耐壓強度的參數。波（bō）紋管在整（zhěng）個工作過程中，其工作壓力遠小於爆破（pò）壓力，否則波（bō）紋（wén）管將破裂損壞。

    當波紋長度小於或等於外徑時，其計（jì）算結果和（hé）實際爆破壓力很接近；對細長型波紋管其實際爆破壓（yā）力要低很多。爆破壓力大約為允許工作壓力的（de）3~10倍。

    穩定性（xìng）

    當波紋管兩端都受到限（xiàn）製（zhì）時，如果波紋管內壓力增大至某一臨界（jiè）值，波紋管（guǎn）就會產生（shēng）失穩現（xiàn）象。

    允許位移

    對於工作在壓縮狀態的波紋管，它的最大壓縮位移是：波紋管在壓力作（zuò）用下，壓縮到波（bō）紋（wén）之間相互彼此接觸時所能產生的最大位移值，也稱為結構允許最大位移，它等於波紋管自（zì）由長度與最大壓縮長度之差。

    波紋管不產生塑性（xìng）變形情（qíng）況下所能獲得的最大位移（yí）稱為波紋（wén）管的允許位移。

    波紋管在實際工作過程中會產生殘餘變形，殘餘變形又稱永久變形或塑性變形，波紋管在力或壓力作用下產生變形，當力（lì）或壓力（lì）卸（xiè）除後，波紋管不恢複原始狀態的現象稱（chēng）殘餘變形（xíng），殘餘變形通常用波（bō）紋管不恢複原始位置的量來表示又稱零位偏移。

    波紋管位移與零位偏移之間的關（guān）係，無論拉伸還（hái）是壓縮位移，在波紋管位移的起始階段，它的殘餘變形（xíng）量都很（hěn）小，一般都（dōu）小（xiǎo）於波紋管標準中規定的允許零位偏移（yí）值（zhí）。但是，當拉伸（或壓縮）位移量逐（zhú）漸增（zēng）大到超過一定的位移值後（hòu），會引起（qǐ）零位偏移值的突然增大，這表示波紋管產生比較大的殘（cán）餘變形，在這之後．如果再增大一點（diǎn）位移量，殘餘變（biàn）形將顯著增加。所（suǒ）以波紋管（guǎn）一般不應超過這個位移量（liàng），不然將會（huì）嚴重的降低其精度、穩定性和可靠（kào）性以及使用壽命。

    波紋管在壓縮狀態下工作時的允許壓縮位移（yí）量比（bǐ）工作（zuò）在拉伸狀態下的允許拉伸位移量要大一些，所以在設計波紋管時應盡可能讓（ràng）波紋管在壓縮（suō）狀態下工作。通過實驗發現，在一般情況下，同一材料（liào）、同一（yī）規格的波紋管，其允許的壓縮位移是（shì）允許的拉（lā）伸（shēn）位移（yí）的1.5倍。

    允許位移與波紋管的幾何尺寸（cùn）參數及材（cái）料性能有關。一般情況（kuàng）下，波紋管的允許（xǔ）位移大小與材料（liào）的屈服強（qiáng）度及外（wài）徑的平方成正比，而與材料的彈性模量、波紋（wén）管的壁厚成反比。同時，相對（duì）波深、波厚對它也有一定影響。

    壽命

    波紋管的壽命是在工作條件下使用時，能保證正常工作的最短工作期限（xiàn）或循環次數。用波紋管組成的（de）彈（dàn）性密封係統，經常在承受較多循環次數的變動載荷和（hé）較大（dà）位移的條件下工作，因此確定波紋管的使用壽命，具有重要意（yì）義。因為波（bō）紋管的作用不（bú）同，對其使用壽命的要求也不一樣。

    （1）波紋管用來補償管路係統中因安裝造成的位置偏差時，對其壽命要（yào）求隻有幾（jǐ）次就夠了。

    （2）波紋管用於開關頻率較高的（de）恒溫控製器中，其壽命要達到10000次才能滿足使用要求。

    （3）波紋管用（yòng）於真空開關作為真空密封件時，其壽（shòu）命（mìng）要達到30000次（cì）才（cái）能（néng）保證正常工作。

    從上麵三種使用實例中可見，由於使用條件不同，波紋管要求的使用壽命相（xiàng）差很大。波紋管壽命與所選用材料（liào）的疲勞特性有關，同時也取決（jué）於成形波紋管的殘餘（yú）應力（lì）的（de）大小、應力集中的情況和（hé）波紋管的表麵質量等。此外，使用壽命與波紋管的工作條件有關。例如：波紋管工（gōng）作時的位移、壓力、溫度、工作介質、振（zhèn）動條件、頻率範圍、衝擊條件等。

    波紋管在工作過程（chéng）中（zhōng），其壽命長短（duǎn）主要取決於工作過程中（zhōng）產生的最大應力。為了降低應力，一般通（tōng）過減少波紋管的工作位移（yí）和降低工作壓力來實現。在一般設計中（zhōng）規定波紋管的工作位移應小於它的允許位移的（de）一半，它的工作（zuò）壓力應小於波紋管的耐壓力的一半。

    對生產的波紋（wén）管（guǎn）進行試驗（yàn）證明，如果波紋管按上述（shù）規範（fàn）工（gōng）作，它的便（biàn）用壽命基（jī）本土可達到（dào）5萬次左右。

    根據工作壓力性質的不同（tóng），波紋管的允許位移也（yě）有（yǒu）所區別一般波紋管（guǎn）隻（zhī）承受（shòu）軸向載荷（拉力或壓力）時，它的允許位移（yí）可在波紋管有效長度的（de）10%~40%之間選用；而在（zài）波紋管承（chéng）受橫向集中力（lì）、扭轉力矩或綜（zōng）合受力時，波紋管的允許位移應適當（dāng）減小。

    應用（yòng）多層波紋管可以降低剛度和（hé）變形引起的應力（lì），因而（ér）可（kě）以（yǐ）在很大程度上（shàng）提高波紋管的壽（shòu）命。

    波紋管在其它情況相同而工作壓力性質（恒定或交變載荷）不同的條件下工作時，其使用壽命將有差別。顯然，在交變載荷下工作時（shí），波紋管的壽命比恒定載荷下工（gōng）作時要短一些。

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