Metal körük tasarımının teorik temeli plaka ve kabuk teorisi, malzeme mekaniği ve hesaplamalı matematikte yatmaktadır. Körük tasarımında pek çok parametre yer alır ve tasarım hesaplamalarının odak noktası, körüğün sistemdeki uygulamasına bağlı olarak değişir. Örneğin kuvvet dengeleme bileşenlerinde körük kullanıldığında, bunların etkin alanının sabit kalması veya çalışma aralığı içerisinde çok az değişmesi gerekir; Bileşenlerin ölçümünde kullanıldığında elastik özelliklerinin doğrusal olması gerekir; vakumlu anahtarlama tüplerinde vakum contaları olarak kullanıldığında körüklerin vakum yalıtımı, eksenel yer değiştirme ve yorulma ömrü gereksinimlerini karşılaması gerekir; Valflerde conta olarak kullanıldığında körüklerin belirli bir basınç direncine, korozyon direncine, sıcaklık direncine, çalışma deplasmanına ve yorulma ömrüne sahip olması gerekir. Körüklerin yapısal özelliklerine göre dairesel bir kabuk, düz konik bir kabuk veya dairesel bir plakadan oluştuğu düşünülebilir. Bir körüğün tasarlanması ve hesaplanması esas olarak dairesel bir kabuk, düz konik bir kabuk veya dairesel bir plaka tasarlamak ve hesaplamaktır.
Hesaplanan parametreler arasında sertlik, gerilim, etkili alan, kararsızlık, izin verilen yer değiştirme, basınç direnci ve hizmet ömrü yer alır.
Basınç Dayanımı: Basınç dayanımı körük performansı için çok önemli bir parametredir. Bir körüğün oda sıcaklığında plastik deformasyon olmadan dayanabileceği maksimum statik basınç, onun maksimum basınç direncidir. Normal şartlarda körükler belirli bir basınç altında (iç veya dış) çalışırlar, dolayısıyla çalışmaları boyunca plastik deformasyona uğramadan bu basınca dayanmaları gerekir.
Bir körüğün basınç direnci aslında onun gücü kategorisine girer. Hesaplamanın anahtarı, körük duvarındaki gerilimin analiz edilmesini içeren gerilim analizidir. Körük duvarındaki maksimum gerilim noktasındaki gerilim malzemenin akma dayanımını aşmadığı sürece körük üzerindeki basınç, basınç dayanımına ulaşamayacaktır.
Aynı çalışma koşulları altında, aynı körük dış basınç altında iç basınçtan daha stabildir. Bu nedenle dış basınç altındaki maksimum basınç direnci, iç basınç altındakinden daha yüksektir.
Bir körüğün her iki ucu da sabitlendiğinde, iç boşluğuna yeterince büyük bir basınç uygulandığında körük tepeleri patlayabilir ve arızalanabilir. Patlama başladığında körük içindeki basınç değerine patlama basıncı denir. Patlama basıncı, körüğün maksimum basınç direncini karakterize eden bir parametredir. Çalışması boyunca körüğün çalışma basıncı patlama basıncından çok daha düşüktür; aksi takdirde körük patlayacak ve hasar görecektir.
Oluklu uzunluğu dış çaptan küçük veya ona eşit olduğunda, hesaplanan sonuç gerçek patlama basıncına çok yakındır; ince körükler için gerçek patlama basıncı çok daha düşüktür. Patlama basıncı, izin verilen çalışma basıncının yaklaşık 3 ila 10 katıdır.
Stabilite: Körüklerin her iki ucu da kısıtlandığında, körük içindeki basınç belirli bir kritik değere çıkarsa körük kararsız hale gelecektir.
İzin Verilen Yer Değiştirme: Sıkıştırma altında çalışan bir körük için, maksimum basınç yer değiştirmesi, oluklar birbiriyle temas edene kadar basınç altında sıkıştırıldığında körüğün üretebileceği maksimum yer değiştirmedir. Buna aynı zamanda izin verilen maksimum yapısal yer değiştirme de denir ve körüğün serbest uzunluğu ile maksimum sıkıştırılmış uzunluğu arasındaki farka eşittir.
Körüklerin plastik deformasyon olmadan elde edebileceği maksimum yer değiştirmeye körüğün izin verilen yer değiştirmesi denir.
Fiili çalışma sırasında körükler, kalıcı deformasyon veya plastik deformasyon olarak da bilinen artık deformasyona neden olacaktır. Artık deformasyon, bir körüğün kuvvet veya basınç altında deforme olduğu ve kuvvet veya basınç ortadan kaldırıldıktan sonra orijinal durumuna geri dönmediği olguyu ifade eder. Genellikle körüğün orijinal konumuna dönmediği miktar olarak ifade edilir; aynı zamanda sıfır- konum ofseti olarak da bilinir.
Körük yer değiştirmesi ile sıfır-konum ofseti arasındaki ilişkiye ilişkin olarak, ister çekme ister basma yer değiştirmesi olsun, körük yer değiştirmesinin başlangıç aşamasında, kalan deformasyonu çok küçüktür, genellikle körük standardında belirtilen izin verilen sıfır-konum ofseti değerinden daha azdır. Ancak çekme (veya basma) yer değiştirmesi belirli bir değeri aşacak şekilde kademeli olarak arttığında, sıfır-konumu ofset değerinde ani bir artışa neden olacaktır. Bu, körüğün nispeten büyük artık deformasyon ürettiğini gösterir. Bu noktadan sonra yer değiştirme az da olsa artırılırsa artık deformasyon önemli ölçüde artacaktır. Bu nedenle körüğün genellikle bu yer değiştirme miktarını aşmaması gerekir; aksi takdirde doğruluğu, kararlılığı, güvenilirliği ve hizmet ömrü ciddi şekilde azalacaktır.
Bir körüğün basınç altında izin verilen basınç yer değiştirmesi, gerilim altında izin verilen çekme yer değiştirmesinden daha büyüktür. Bu nedenle körükler mümkün olduğu kadar basınç altında çalışacak şekilde tasarlanmalıdır. Deneyler, normal koşullar altında, aynı malzeme ve özelliklerdeki körükler için izin verilen basınç yer değiştirmesinin, izin verilen çekme yer değiştirmesinin 1,5 katı olduğunu göstermiştir.
İzin verilen yer değiştirme, körüğün geometrik boyutları ve malzeme özellikleriyle ilgilidir. Genel olarak izin verilen yer değiştirme, malzemenin akma mukavemeti ve dış çapının karesi ile doğru orantılıdır ve malzemenin elastik modülü ve körüğün duvar kalınlığı ile ters orantılıdır. Göreceli oluk derinliği ve kalınlığının da bir miktar etkisi vardır.
Ömrü: Bir körüğün ömrü, çalışma koşulları altında normal çalışmayı sağlamak için gereken mümkün olan en kısa çalışma süresi veya döngü sayısıdır. Körüklerden oluşan elastik sızdırmazlık sistemleri genellikle değişken yükler ve büyük yer değiştirmeler altında, yüksek sayıda çevrimle çalışır; bu nedenle körüğün ömrünün belirlenmesi çok önemlidir. Çünkü körüğün farklı fonksiyonları farklı kullanım ömürleri gerektirir...
(1) Körük, bir boru sistemine kurulumun neden olduğu konum sapmalarını telafi etmek için kullanıldığında, kullanım ömrü gereksinimi yalnızca birkaç döngüdür.
(2) Yüksek anahtarlama frekansına sahip termostatlarda körük kullanıldığında kullanım gereksinimlerini karşılayabilmesi için ömrünün 10.000 devire ulaşması gerekir.
(3) Körük, vakum anahtarlarında vakum contası olarak kullanıldığında, normal çalışmayı sağlamak için ömrünün 30.000 devire ulaşması gerekir.
Yukarıdaki üç kullanım örneğinden de görülebileceği gibi, farklı kullanım koşullarına bağlı olarak körüğün gerekli ömrü büyük ölçüde değişmektedir. Bir körüğün ömrü, seçilen malzemenin yorulma özelliklerinin yanı sıra, oluşturulan körükteki artık gerilimin büyüklüğü, gerilim konsantrasyonu ve yüzey kalitesi ile ilgilidir. Ayrıca kullanım ömrü körüğün yer değiştirme, basınç, sıcaklık, çalışma ortamı, titreşim koşulları, frekans aralığı ve darbe koşulları gibi çalışma koşullarıyla ilgilidir.
Çalışma sırasında bir körüğün ömrü esas olarak çalışma sırasında oluşan maksimum gerilime bağlıdır. Stresi azaltmak için bu genellikle körüğün çalışma yer değiştirmesinin azaltılması ve çalışma basıncının düşürülmesiyle sağlanır. Genel tasarımda, bir körüğün çalışma deplasmanı, izin verilen deplasmanının yarısından az olmalı ve çalışma basıncı, basınç direncinin yarısından az olmalıdır.
Üretilen körükler üzerinde yapılan testler, körüğün bu spesifikasyonlara uygun çalışması durumunda servis ömrünün genel olarak yaklaşık 50.000 çevrime ulaşabileceğini göstermiştir.
Çalışma basıncının niteliğine bağlı olarak körüğün izin verilen yer değiştirmesi de değişir. Genel olarak, körüğün yalnızca eksenel yükleri (gerilme veya sıkıştırma) taşıdığı durumlarda, izin verilen yer değiştirmesi, körüğün etkin uzunluğunun %10 ila %40'ı arasında seçilebilir; ancak körük yanal yoğunlaşmış kuvvetlere, burulma momentlerine veya birleşik kuvvetlere maruz kaldığında izin verilen yer değiştirmenin uygun şekilde azaltılması gerekir.
Çok-katmanlı körüğün kullanılması, deformasyonun neden olduğu sertliği ve gerilimi azaltabilir, böylece körüğün ömrünü önemli ölçüde artırabilir.
Körükler aynı koşullar altında ancak farklı çalışma basıncı özellikleriyle (sabit veya değişken yük) çalıştırıldığında hizmet ömürleri farklı olacaktır. Açıkçası, alternatif yükler altında çalışan bir körüğün ömrü, sabit yükler altında çalışan körüklerden daha kısadır.
