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膨胀节失效原因

发布时间:2013-05-02

万向铰链横向型膨胀节失效原因分析

金属波纹管膨胀节的失效情况来看,应该是膨胀节承力构件上被加载了较大的载荷导致的强度破坏。该瞬间侧向载荷导致长拉板发生变形,长拉板的变形导致销轴发生倾斜,销轴的倾斜又引起附加的弯曲力导致长拉板的进一步变形,直至销轴脱开,由于该瞬间侧向载荷是对称的,因此长拉板的变形也基本对称。一端销轴脱开后,压力推力(盲板力)加载到中间的支撑板上,导致中间支撑板被拉脱或严重变形,波纹管在内压推力的作用下被拉长。

产品按照GB/T12777设计,其强度经校核满足使用要求,但从破坏形势看,应属于强度破坏。是否是部分的改进考虑不周呢?

值得关注的是,由于此万向十字接头结构中,由于销轴1、2是分开的,在承受压力推力的同时,对住拉板产生了一个弯矩。对此弯矩的计算如下:

压力推力:F=PA=10.2×πD2m/4=76624.52(kgf)

如果是四根主拉板均匀受力,那么:F′=F/4=19156.1(kgf)

主拉板壁厚δ=25mm,主拉板和万向十字接头之间的间隙是单边S1=2mm,考虑到水平安装是,间隙可能会全部反映在上不(水平销轴和万向十字接头孔之间的间隙为S2=1.5mm),所以:

Lmax=δ+S1+S2=0.0285m

因此弯矩为:

Mθ=FLmax=5459.5N·m

把主拉板当成一端固定的悬臂梁,此时:

J=bh3/12=234.38×10-9(m4

E=206×103MPa

弯曲角度:

θ=MθI/EJ=5459.5×1.082/(2×234.38×206)=0.122(弧度)≈7°

最大变形量:

Ymax=MθI2/2EJ=5459.5×1.082/(2×234.38×206)=0.066m=66mm弯曲位置(距弯矩点胡距离)

X=Ymax·ctgθ=0.538(m)

从上述计算可以看出,由于结构形式胡限制,主拉板将于距离万向十字接头出538mm处发生弯曲,并将把销轴带出66mm。本例中销轴胡长度为75mm,有效插入长度为75-Lmax=46.5mm<66mm,也就是说销轴已被拔出。