Определение перемещений термобиметаллической пружины

Термобиметаллические пружины.

Термобиметаллическая пружина состоит из двух металлических полосок, материал которых имеет различные коэффициенты линейного расширения. Эти полоски соединяются между собой сваркой или пайкой.

У биметаллической пружины выделяют два слоя: активный и инертный. При нагреве биметаллическая полоса изгибается в сторону инертного слоя, так как у него меньше коэффициент температурного расширения, нежели у активного слоя. Входным параметром биметалла является температура, выходным – перемещение.

Рис.23. Схема термобиметаллической пружины.

Перемещение свободного конца пружины тем больше, чем больше разница в коэффициенте.

Термобиметаллические пружины используются как:

· чувствительные элементы термометров;

· чувствительные элементы электрических и темлоэнергетических (теплоэнергетических) приборов;

· элементы предохранительных устройств, предназначенных для защиты электрических цепей и аппаратов от нагрева;

· температурные компенсаторы.

Требования, предъявляемые к материалам:

o большая разница в коэффициентах линейного расширения;

o упругие свойства материала (высокий предел упругости, чтобы при работе не возникали остаточные деформации, вместе с тем необходима высокая пластичность, чтобы прокатывать полосы до малой толщины);

o термостойкость;

o свариваемость (материал должен свариваться или паяться).

Активные слои – из хромоникелевой стали.

Рассмотрим элемент пластины длиной.

Рис.24. Схема для перемещения.

Здесь,, - активный слой;

,, - инертный слой.

При изменении температуры на некоторую величину биметаллическая пружина искривляется.

Предполагается, что материал работает в пределах упругости. Таким образом, остается справедливой гипотеза плоских сечений.

Запишем соотношения деформации:

,

где - деформация слоя спая,

- изменение кривизны.

;

;

.

(деформация состоит из воздействия от нагрузок и от температуры).

;

.

Выражения для напряжений имеют следующий вид:

;

.

Внешние нагрузки считаются отсутствующими. Силовые факторы:

;

;

Учитывая, что,, в итоге можно получить:

;

;

;

.

Необходимо, чтобы пружина была максимально чувствительной. Для этого знаменатель должен быть минимальным, т.е.. Соответственно, получается соотношение:

При выполнении этого условия биметалл называют нормальным.

После преобразований получаем:

,

где.

Зная изменение кривизны можно определить перемещение биметалла с помощью интеграла Мора:

,

где - изгибающий момент от единичной нагрузки,

- длина биметалла.

Этой формулой можно пользоваться и за пределами закона Гука.

Пример.

Дано: Материал 24НХ/36Н.

,,,,.

Дата добавления: 2014-01-06