Проектирование и расчет различных пластмассовых изделий

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Проектирование и расчет различных пластмассовых изделий

Проектирование и расчет различных пластмассовых изделий

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.Проектирование и расчет корпусных деталей машин и приборов

2.Малогабаритные корпусные детали коробчатой формы

3.Учет нагрева пластмассовых корпусов при их проектировании

4.Крупногабаритные корпусные изделия

5.Расчет элементов, находящихся под различными видами нагружения

6.Расчет и проектирование пластмассовых емкостей

Цель работы - научиться проектировать и расчитывать корпусные детали машин и приборов из пластмассы, малогабаритные корпусные детали коробчатой формы, крупногабаритные корпусные изделия, расчет элементов, находящихся под различными видами нагружения, расчет пластмассовых емкостей, расчет передач движения с использованием пластмасс, расчет пластмассовых элементов трубопроводной арматуры, расчет пластмассовых опоры скольжения и качения и др.

Материал дисциплины базируется на изучении высшей математики, прикладной механики, химии и физики полимеров, технологии и оборудования переработки пластмасс и эластомеров в изделия.

1.Проектирование и расчет корпусных деталей машин и приборов

Применение корпусных деталей из пластмасс является одним из перспективных направлений использования пластмасс в машиностроении. Такие детали представляют собой кожухи и коробки. Их форма и размеры определяются условиями размещения в них необходимых узлов, а также технологическими соображениями. Корпусные детали из пластмасс широко распространены не только в промышленности, но и в быту.

Выбор основных конструктивных параметров и форм корпусных деталей определяется их назначением и сводится к расчетам на жесткость и температурные деформации. При этом принимается, что:

1) силовые факторы, действующие на корпусную деталь, следует рассматривать как сосредоточенные, приложенные в одном сечении;

2) деформации корпусных деталей зависят от соотношения размеров таких деталей;

3) деформации деталей, у которых один из размеров значительно больше двух других, рассматриваются как деформации брусьев;

4) деформации деталей, у которых два размера значительно больше третьего, рассматриваются как деформации пластин;

5) деформации деталей, у которых все три габаритных размера одного порядка, рассматриваются как деформации коробок, состоящих из пластин некоторой постоянной приведенной жесткости.

2.Малогабаритные корпусные детали коробчатой формы

Основные конструктивные параметры определяются исходя из условия обеспечения жесткости стенок при действии заданных нагрузок:

е = k0?k1?k2?k3?P?a2?(1 - м2) / (E?h3) ? [у] / E,

где е - деформация стенки корпуса под действием сосредоточенной нагрузки Р;

[у], E и м - соответственного допускаемое напряжение на изгиб, модуль упругости и коэффициент Пуассона полимерного материала, из которого изготовлена коробка;

а - половина большего размера наружной грани коробки;

h - расчетная толщина стенки корпуса;

k0 - коэффициент, учитывающий влияние жесткости отдельных граней и защемление сторон;

k1 - коэффициент, учитывающий влияние нагруженных и ненагруженных отверстий;

k2 - коэффициент, учитывающий влияние бобышки на жесткость корпуса;

k3 - коэффициент, учитывающий влияние прилитых к стенке ребер.

Значения k0 приводятся в таблицах, где учитывается: 1) способ соединения нагруженной грани с остальными; 2) соотношение размеров нагруженной грани; 3) соотношение размеров коробки; 4) точки приложения силы.

Значения k1 и k2 определяются по номограммам, для пользования которыми необходимо знать величины:

H/h, Ha/h, D2/(2a?2b), D/d, r/a,

где H, h, D, a, b, r - геометрические характеристики изделия;

На - активная высота бобышки, которая также определяется по специальным номограммам.

Использование На вместо Н объясняется тем, что в высоких бобышках, как и в ребрах, напряжение не распространяется на весь объем полимерного материала, и нагруженная и ненагруженная бобышки находятся в разных напряженных состояниях.

Численные значения k3 выбираются с учетом следующих рекомендаций:

1) для ребер под бобышками, через которые подается основная нагрузка, если ребро прилито к соседней стенке одинаковой толщины с основной стенкой - k3 = 0,8 - 0,9.

2) Для ребер, предназначенных для увеличения общей жесткости стенок - k3 = 0,75 - 0,85. Меньшие значения берутся для систем пересекающихся ребер, большие - для связанных между собою ребер.

3.Учет нагрева пластмассовых корпусов при их проектировании

Нагрев происходит вследствие выделения тепла при трении механизмов (зубчатых колес, манжет, подшипников). Интенсивное нагревание снижает прочность, жесткость, твердость и ведет к потере работоспособности пластмассовых корпусов.

Уменьшение нагрева достигается увеличением теплоотводящей поверхности. В основном увеличивают наружные поверхности, проектируя, например, их оребрение.

Увеличенную площадь поверхности можно определить по формуле:

Дt = t2 - t1 = Q / {У [F1i /(F1i /F2i ?б2i) + дi / лi + 1 / б1i]},

где Q - количество тепла, выделяемого механизмом в единицу времени;

F1i и F2i - площади наружной и внутренней поверхности i-той стенки;

б1i и ?б2i - коэффициенты теплоотдачи наружной и внутренней поверхности i-той стенки;

дi - толщина i-той стенки;

лi - коэффициент теплопроводности полимерного материала, из которого изготовлен корпус;

t1 и t2 - температуры окружающей среды и внутри корпуса;

Дt - разность температур.

Расчеты показывают, что при прочих равных условиях для обеспечения одинаковой температуры среды внутри чугунного и пластмассового корпусов пластмассовый корпус должен иметь поверхность на 30 - 50 % большую, чем чугунный.

4.Крупногабаритные корпусные изделия

В основном их изготавливают из стеклопластиков, отличающихся повышенной прочностью и жесткостью. Из-за сложного строения и анизотропии свойств точные расчеты таких изделий очень специфичны, поэтому для них, как и для других пластмассовых корпусных изделий, являющихся деталями конструкций, можно использовать упрощенные расчеты, дающие приближенные результаты. Расчеты проводятся по различным формулам в зависимости от вида нагрузки, действующей на пластиковое изделие, и, в основном, по отдельным элементам изделия. В расчетах используют характеристики сечений, которые рассчитывают по формулам:

Момент сопротивления:

W = I/zmax,

где I - момент инерции сечения;

zmax - максимальное расстояние от средней линии.

Моменты инерции различных сечений:

Прямоугольное Iz = b?h3/12

Треугольное Iz = b?h3/12

Круг Iz = р?d4/64

6.Расчет и проектирование пластмассовых емкостей

Емкости различной формы и размеров изготавливаются из химически инертных пластмасс. Формулы, используемые для расчета и проектирования таких изделий, различаются в зависимости от формы емкости, а следовательно, от схемы приложения внутреннего давления.

Примем обозначения:

Р - давление на стенки емкости;

U и T - меридиональная и кольцевая силы, действующие на единицу длины приложения;

уu и ут - меридиональное и кольцевое напряжение в стенках емкости;

Д и ш - радиальное по главному радиусу и угловое перемещение стенок;

Е и м - модуль упругости и коэффициент Пуассона материала стенок емкости;

с - плотность материала, помещенного в пластмассовую емкость (например, жидкости);

R - радиус сферической емкости;

S - толщина стенки;

ц - угол выбранной точки от вертикальной оси;

б - угол конической емкости;

r - радиус цилиндрической емкости;

х - длина стенки конуса.

С учетом этих обозначений при расчете емкостей разных форм используются формулы:

Сферическая емкость:

U = P?R/2; T = P?R/2; уu = P?R/(2?S); ут = P?R/(2?S);

Д = P?R/(2?Е?S)?(1-м)? sin ц; ш = 0

Коническая емкость:

U = P?х? tgб/2; T = P?х? tgб; уu = P?х? tgб /(2?S); ут = P?х? tgб /?S;

Д = P?х2? sin б ?tgб /(2?Е?S); ш -

Цилиндрическая емкость:

U = P?r/2; T = P?r; уu = P?r/(2?S); ут = P?r/?S;

Д = P?r2/(2?Е?S)?(2-м); ш = 0

Цилиндрическая емкость, находящаяся под гидростатическим давлением:

U = 0; T = с?g?x?r; уu = 0; ут = с?g?x?r /?S;

Д = с?g?x?r2 /(Е?S)?(1-м)? sin ц; ш = с?g?r2/(E?S)

Если предусматривается сварка стенок емкости, то при определении конструкторских параметров этой емкости необходимо учитывать коэффициент прочности шва цґ.

Так, при ориентировочном расчете сферических крышек и днищ толщину стенки определяют по формуле:

S ? P•D /(2,3•[у]? ц)ґ

Для более точных расчетов рекомендуется пользоваться формулами:

- для глухих сферических днищ и крышек (без отверстий или с отверстиями, ослабляющее действие которых компенсируется какими-либо конструктивными элементами):

S ? P•Dвн2 /(8•[у]? цґ ·H);

- для сферических днищ и крышек, ослабленных отверстиями:

S ? P•Dвн2 /(8·z·[у]? цґ ·H),

где Dвн - внутренний диаметр днища или крышки;

Н - высота днища или крышки;

z - коэффициент формы, определяемый графически;

- для круглой плоской крышки или днища такой же формы:

у = 0,3? (Dб/S)2?P/y ? [у]

f = 0,046? Dб4?Р/(E?S3) ? [f]

где Dб - диаметр днища или крышки по центрам болтов;

y - коэффициент формы, определяемый графически;

f и [f] - наибольший и допускаемый прогибы днища или крышки.

Такой расчет имеет свои особенности. Причинами особенностей являются анизотропия свойств стеклопластиков и возможность ее регулирования в ходе изготовления изделий.

Наибольшая эффективность конструкций из армированных пластмасс проявляется тогда, когда анизотропия механических свойств наиболее выгодно соответствует напряженному состоянию оболочки или обеспечивает ее максимальную жесткость по отношению к заданной нагрузке. При этом действующая нагрузка воспринимается наполнителем и связующим пропорционально их модулям упругости Ен и Есв и их объемному содержанию в полимерном материале Cн и Cсв.. Так, доля усилий, воспринимаемых связующим, равна:

q = Ес / [Ен?(1-Ссв)]

Так как модули упругости существующих смол и стекла различаются в 10 - 20 раз, а оптимальное содержание связующего в стеклопластиках составляет 25 - 40 % (Ссв = 0,25 - 0,40), то воспринимаемая связующим доля усилий составляет примерно 2 - 4 %. Таким образом, несущая способность в стеклопластиковых конструкциях определяется стеклонаполнителями. Это обусловливает специфику расчета, которая заключается не в нахождении толщины стенки емкости, а в определении n - числа нитей или слоев ткани, проходящих через единичный отрезок. Число n зависит от вида намотки цилиндрических оболочек.

Примем обозначения:

Т1 и Т2 - осевое и кольцевое усилие в оболочке;

f - разрушающее усилие стеклопластика;

f1 и f2 - разрывные усилия нитей стеклоткани по основе и по утку;

n1 и n2 - плотность укладки нитей по основе и по утку;

k = f2?n2 / (f1?n1) - относительная прочность стеклоткани;

а - коэффициент, учитывающий характер нагружения емкости (а= -1 в случае осевого нагружения оболочки; а = 0 для равномерного растяжения оболочки; а = 1 для оболочки под внутренним давлением).

Усилия в стенках стеклопластиковой емкости для различных конструкций равны:

Намотка однонаправленными стеклонаполнителями слой на слой под оптимальным углом намоток к образующей оболочки:

Т1 = (1 + а)?Т2 = 2?f?n/(2 + а)

Намотка, когда на один слой нити, намотанный под оптимальным углом к образующей, накладывается N слоев под оптимальным углом:

Т1 = 2?f?n? (N +1) /(2 + а)

Намотка двумя системами ткани, которые укладываются так, что направление основы ткани составляет с образующими оболочки углы ц1 и ц2:

Т1 = f1?n1?( N+1)?(k + 1) /(2 + а)

8.Расчет и проектирование передач движения с использованием пластмасс

Пластмассы используются в таких распространенных передачах движения, как зубчатые, волновые, червячные и ременные передачи.

В процессе выполнения контрольной работы мы научились проектировать и расчитывать корпусные детали машин и приборов из пластмассы, малогабаритные корпусные детали коробчатой формы, крупногабаритные корпусные изделия, расчитывать элементы, находящиеся под различными видами нагружения, расчитывать и проектировать пластмассовые емкости, расчитывать передачи движения с использованием пластмасс, расчитывать и проектировать пластмассовые элементы трубопроводной арматуры, расчитывать пластмассовые опоры скольжения и качения и др.

Литература

1. Альшиц И.Я. и др. Проектирование изделий их пластмасс. - М.: Машиностроение, 1979. - 248с.

2. Зенкин А.с. и др. Допуски и посадки в машиностроении. К.: Техніка, 1990. -320 с.

3. Штейнберг Б.И. и др. Справочник молодого инженера-конструктора. - К.: Техніка, 1979. - 150 с.

4. Лепетов В.А., Юрцев Л.И. Расчет и конструирование резиновых изделий. М.: Химия, 1987. - 408 с.