korpusy.pdf

(689 KB) Pobierz
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
TWORZYWA SZTUCZNE
ĆWICZENIE
LABORATORYJNE NR 4
Opracował: Piotr Kowalewski
Temat:
Określenie sztywności
ścianki
korpusu polimerowego
– metody analityczne i doświadczalne
1. Wprowadzenie
.
Korpusy, kadłuby oraz pojemniki znajdują szerokie zastosowanie w zarówno w budowie
maszyn jak i w transporcie. Mogą one spełniać rolę tylko osłaniającą i wtedy występują jako
osłony, pokrywy, skrzynie
Lekkie
korpusy
niemetalowe,
wykonywane
są
najczęściej
z
tworzyw
wielkocząsteczkowych lub kompozytów. Korpusy z tworzyw sztucznych są więc chętnie
stosowane w sprzęcie gospodarstwa domowego, mechaniki precyzyjnej, telekomunikacji.
Tworzyw wielkocząsteczkowych używa się także na lekkie kadłuby ręcznych maszyn do
obróbki metali (np. wiertarek, pił) [3].
Kadłuby z tworzyw sztucznych w porównaniu z metalowymi są lżejsze i tańsze. Są ponadto
odporne na korozję i działanie agresywnych związków chemicznych i dlatego nie wymagają
powłoki ochronnej; tłumią drgania i są dźwiękochłonne.
Kadłubom niemetalowym stawiane są wysokie wymagania estetyczne. Na ich powierzchni
nie mogą więc powstawać mikroskopijne rysy, nawet pod wpływem długotrwałego obciążenia.
Dlatego nie dopuszcza się do powstawania w kadłubach naprężeń przekraczających granicę
tworzenia się rys naprężeniowych
σ
�½
[3].
Łatwość przetwarzania tworzyw wielkocząsteczkowych, umożliwiająca uzyskiwanie
wyrobu często w jednej operacji, czyni te materiały szczególnie przydatnymi na opakowania.
Zaletą tworzyw jest także ich stosunkowo niska cena mała gęstość (0,9—1,4 g/cm
3
) oraz
praktycznie bezodpadowa produkcja przy zmniejszonych nakładach energetycznych [3].
Od tworzyw wielkocząsteczkowych stosowanych na kadłuby wymaga, się przede
wszystkim znacznej wytrzymałości, sztywności i udarności ( w szerokim przedziale
temperatury). Pożądana jest także duża odporność na palenie, antystatyczność i mała lepkość
w stanie stopionym (umożliwiająca odtwarzanie skomplikowanych reliefów), podatność na
[Wpisz tutaj]
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
metalizowanie oraz barwienie na dowolne kolory z zachowaniem dużego połysku, a także
nieszkodliwość dla zdrowia. Na wybór tworzywa wpływa również możliwość jego
przetwórstwa, co jest uzależnione od kształtu i warunków pracy korpusu. Ze względu na mały
ciężar właściwy koszt tworzywa nie jest czynnikiem decydującym o jego wyborze na kadłub.
Kadłuby i korpusy wtryskiwane wykonuje się zwykle z ABS, PP, PE-HD, PC, PA. ABS jest
chętnie stosowany także na osłony otrzymywane przez kształtowanie z płyt. Metodą
wtryskiwania tworzyw bez włókien, z dodatkiem odpowiednich
środków
porotwórczych,
można uzyskiwać kadłuby o strukturze porowatej.
Przy projektowaniu kadłubów i pojemników uwzględnia się łatwość i bezpieczeństwo
obsługi oraz estetyczną całość. Kształt kadłubów dobiera się uwzględniając tolerancje
wymiarowe, dążąc do nadania im wymaganej sztywności oraz spełnienia wymagań
wynikających z technologii ich wytwarzania.
Wahania składu masy, temperatury i ciśnienia przetwórstwa oraz błędy wykonania formy i jej
zużycie powodują,
że
wyroby z tworzyw wielkocząsteczkowych wykazują znaczne odchyłki
wymiarowe.
Pole tolerancji zależy przede wszystkim od metody przetwórstwa: najmniejszą tolerancję
uzyskuje się przy wtryskiwaniu precyzyjnym (ciągła wagowa kontrola wymiarów), większą —
przy wtryskiwaniu technicznym (okresowa kontrola wymiarów). Przy odlewaniu i
kształtowaniu trudno jest uzyskać wymiary tolerowane.
2. Sztywność
Sztywność
S
występującej w kadłubach masywnej
ścianki
o grubości
h,
którą można
traktować jako belkę utwierdzoną na końcach, wynosi w przypadku zginania:
S
b
=
EJ
z
(1)
bh
3
Gdzie:
E —
współczynnik sprężystości wzdłużnej,
J
z
=
- osiowy moment bezwładności
12
(b - szerokość), a w przypadku skręcania:
S
b
=
GJ
o
(2)
gdzie: G — współczynnik sprężystości postaciowej, J
o
— biegunowy moment bezwładności.
[Wpisz tutaj]
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
Sztywność
ścianek
kadłubów o długości nie nadmiernie przekraczającej szerokość i
traktowanych jako kołowe płyty utwierdzone na obrzeżach wyznacza się z zależności:
E h
3
S
b
=
1
−
�½
2
12
gdzie
v
oznacza liczbę Poissona.
O porównywalnej sztywności
ścianki
z tworzywa sztucznego ze stalową tak samo obciążoną
decyduje jednakowe ich ugięcie, tj.
(3)
f
=
skąd:
1
1
=
E
p
J
xp
E
s
J
xs
(4)
h
p
=
h
s
3
E
s
E
p
(5)
co oznacza,
że
grubość masywnej
ścianki
z tworzywa wielkocząsteczkowego z
usztywniającymi włóknami mineralnymi (E
p
= 10
4
MPa), winna wynosić tylko
h
p
=
2,8
h
s
,
gdzie
h
s
—
grubość
ścianki
stalowej
(E
s
= 21 • 10
4
MPa). Masa jest przy tym aż 5-krotnie
mniejsza.
Ze względów ekonomicznych dobiera się możliwie małą grubość
ścianek
kadłubów z tworzyw
sztucznych, taką jednak, aby było możliwe wypełnienie gniazda formy tworzywem o dużej
lepkości w stanie stopionym.
Należy pamiętać,
że
elementy wykonane z tworzyw sztucznych weryfikowane są obliczeniowo
najczęściej pod względem dopuszczalnych wartości odkształcenia.
3. Obciążalność kadłubów
Ze względu na złożony kształt i przestrzenne obciążenia, obliczenia wytrzymałościowe
kadłubów mają przybliżony charakter i uwzględniają przede wszystkim sztywność ich
ścianek.
Obliczenia grubości
ścianek
uzależnia się więc od ich ugięcia, przy czym kadłub traktuje się
[Wpisz tutaj]
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
jako belkę (gdy jeden z gabarytowych wymiarów jest zdecydowanie większy od dwu
pozostałych) lub jako płytę (gdy dwa gabarytowe wymiary są większe od trzeciego).
Przy często spotykanym równomiernie rozłożonym obciążeniu kadłuba, tj. przy nacisku
jednostkowym
p
[Pa], odkształcenie wyrażone ugięciem belki o długości
l
[m] i sztywności
S
b
[N • m
2
], w przypadku swobodnego jej podparcia wynosi:
5
pl
3
f
u
=
≤
f
dop
384
S
b
(5)
a w przypadku zamocowania jej na końcach, a także trwałego złączenia z podłożem, a więc
takiego jaki występuje w
żebrach,
wynosi
1
pl
3
f
u
=
≤
f
dop
384
S
b
(6)
Przy założeniu,
że
wygięta belka przyjmie kształt okręgu koła, odkształcenie wyrażone
ugięciem
f
u
daje się łatwo uzależnić od wydłużenia belki f
w
, zgodnie z uproszczonym wzorem
f
(1
+
f
w
)
=
l
2
+
16
f
u
3
(7)
Odkształcenie natomiast, wyrażane przez wydłużenie gładkiej płyty o promieniu R [m] i
sztywności S
p
[Nm], wynosi:
σ
h
1
pR
4
f
w
=
≤
f
dop
=
�½
64
S
p
E
St
ą
d poszukiwan
ą
grubo
ść
gładkich płyt. kolistych mo
ż
na wyznaczy
ć
jako
(8)
pR
4
H
=
3
α
−
Ef
dop
(9)
gdzie
α
= 0,009—0,011, przy czym mniejsze warto
ś
ci obowi
ą
zuj
ą
dla tworzyw o wi
ę
kszej
liczbie Poissona
v.
Wzór mo
ż
na stosowa
ć
tak
ż
e do stosunkowo wiotkich płyt prostok
ą
tnych o
niezbyt du
ż
ej ró
ż
nicy mi
ę
dzy szeroko
ś
ci
ą
B, a
długo
ś
ci
ą
l
, przyjmuj
ą
c wówczas szeroko
ść
B
zamiast promienia
R
oraz ok. 2-krotnie wi
ę
ksz
ą
warto
ść
współczynnika
α
(
α
= 0,018-0,022).
Dla cz
ę
sto wyst
ę
puj
ą
cych w kadłubach
ś
cianek u
ż
ebrowanych (płyta + belka), z
obci
ąż
eniem p równomiernie rozło
ż
onym, odkształcenie f
k
-mo
ż
na wyznaczy
ć
ze zwi
ą
zku:
[Wpisz tutaj]
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
f
p
+
f
b
1
1
1
=
+
=
f
k
f
p
f
b
f
p
⋅
f
b
(10)
Dla
ś
cianek korpusów usztywnionych przez
ż
ebra i wyst
ę
py otworów wykonanych z
materiałów o współczynniku
E i
liczbie
v
, obci
ąż
onych sił
ą
skupion
ą
P przyło
ż
on
ą
w
okre
ś
lonym miejscu
ś
cianki, odkształcenie
f
k
mo
ż
na wyznaczy
ć
ze zwi
ą
zku:
Pl
2
1
−
�½
f
k
=
0,125
⋅
k
1
⋅
k
2
⋅
k
3
⋅
k
4 3
⋅
E
H
(11)
We wzorze tym sztywno
ść ś
cianki jest uzale
ż
niona od współczynników okre
ś
laj
ą
cych
wpływ:
k
1
- punktu przyło
ż
enia obci
ąż
enia,
k
2
-
ż
eber usztywniaj
ą
cych,
k
3
- obci
ąż
onego
otworu i usztywniaj
ą
cego wyst
ę
pu,
k
1
-nieobci
ąż
onych otworów i usztywniaj
ą
cych wyst
ę
pów.
Współczynnik
k
1
o warto
ś
ci zale
ż
nej tak
ż
e od wymiarów obci
ąż
onej
ś
cianki, z
uwzgl
ę
dnieniem wymiarów kadłubu, oraz od typu
ś
cianki (dna czy
ś
cianki bocznej) mo
ż
na
okre
ś
li
ć
wg tabl. 1 Zamieszczony rysunek korpusu ze
ś
ciankami bocznymi odchylonymi od
poziomu ułatwia zlokalizowanie miejsca przyło
ż
enia obci
ąż
enia.
[Wpisz tutaj]

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin