Контрольная работа: Проектирование и расчет различных пластмассовых изделий

Основное преимущество пластмассовых труб – их высокая коррозионная стойкость, что предопределяет срок их службы, высокие диэлектрические свойства и делает их незаменимыми при прокладке в зоне блуждающих токов. Кроме того, пластмассовые трубы значительно легче по весу, удобны при транспортировке и монтаже.

Критерием работоспособности пластмассовых трубопроводов является выдерживаемое ими давление жидкости. Величина его существенно зависит от физико-механических свойств пластика, условий и режима эксплуатации, а также конструктивного оформления деталей арматуры из пластмасс.

При проектировании пластмассовой арматуры, как правило, задаются условия и режим эксплуатации, диаметр, а иногда и вся конструкция изделия. Поэтому при проектировании арматуры расчеты чаще всего сводятся к определению оптимальной толщины стенок изделия.

Пластмассовая арматура (задвижки, краны и т.п.) состоит из геометрически разных, состыкованных между собой частей – цилиндрических, плоских и фланцевых элементов.

9.1 Расчет цилиндрических элементов

Для цилиндрических элементов как наиболее ответственных предусматривается определение напряжений в двух зонах: в упругой и упругопластической. При расчете упругой зоны используется рабочее (нормальное) давление, а при расчете упругопластической зоны – максимальное (кратковременное) давление с длительностью действия не более 200 с. Максимальное давление может возникнуть в арматуре в связи с гидравлическим ударом или аварийным состоянием всей гидравлической системы.

Определение запасов прочности, а, следовательно, и допускаемых напряжений в первом и во втором случаях (для различных зон) различается. За предельное состояние арматуры принято такое состояние, при котором для всего сечения цилиндрического элемента характерны пластические деформации. В конце расчета производят проверку на соответсвие конструктивной определенности рассматриваемой арматуры, при этом за основное напряжение принимают тангенциальное.

9.1.1 Расчет упругого состояния цилиндрического элемента

Различают два случая:

1.цилиндрический элемент – часть цилиндра с опорой на фланец;

2.цилиндрический элемент – часть трубы или цилиндра с опорой на дно.

При опоре на фланец боковые стенки цилиндрического элемента испытывают осевое растяжение от усилия, вызываемого действием рабочего давления жидкости на дно и уравновешиваемого на опоре фланца. Если цилиндрический элемент опирается на дно, то осевое растяжение воспринимается самим дном и в стенках цилиндра отсутствует. Кроме того, в стенках цилиндрического элемента действуют радиальные и тангенциальные напряжения, вызываемые внутренним давлением.

Осевые напряжения равномерно распределены по сечению и определяются по формуле:

σос = Р·[1 / (k2 – 1)],

где    Р – величина внутреннего давления;

k = r2 / r1 – коэффициент толстостенности цилиндра;

r2 и r1 – наружный и внутренний радиусы цилиндрического элемента.

Радиальные и тангенциальные напряжения достигают максимума на внутренней поверхности цилиндра. Они определяются по формулам:

σрад = Р·[1 / (k2 – 1)]·(1 - r22 / r2),

σтанг = Р·[1 / (k2 – 1)]·(1 + r22 / r2),

где    r – текущий радиус.

Эквивалентные напряжения для внутренней поверхности цилиндрического элемента имеют следующие значения:

1)для цилиндрического элемента, являющегося частью цилиндра с опорой на фланец:

σэ´ = Р·k2 ·√3 / (k2 - 1)

2)для цилиндрического элемента, являющегося частью трубы:

σэ´´ = Р·√(3k4 + 1) / (k2 + 1)

Введем обозначения:

Sэ´ = k2 ·√3 / (k2 - 1);               Sэ´´ = √(3k4 + 1) / (k2 + 1)

Условия прочности имеют вид:

σэ´ = Р· Sэ´ ≤ [σ]p

σэ´´ = Р· Sэ´´ ≤ [σ]p,

где    индекс (´) относится к случаю расчета цилиндрического элемента с учетом осевого напряжения;

индекс (´´) – к случаю расчета цилиндрического элемента без учета осевого напряжения;

[σ]p - допускаемое напряжение на растяжение.

9.1.2 Расчет упругопластического состояния цилиндрического элемента

Значение давления, при котором в цилиндрическом элементе начинают возникать пластические деформации:

(Р1)s = (σтк / √3)∙(k2 – 1) / k2,

где    σтк – предел кажущейся текучести полимерного материала (с учетом условий эксплуатации).

Значение давления, при котором исчерпывается несущая способность цилиндрического элемента:

(Р2)s = (2σтк / √3) / ln k

Предел кажущейся текучести материала определяется по формуле:

σтк = σр / 2kэ,

где    σр - предел прочности на растяжение;

kэ – коэффициент влияния эксплуатационных факторов.

Коэффициент kэ определяется как произведение значений частных коэффициентов влияния, учитывающих влияние среды, времени, скорости нагружения, температуры эксплуатации и т.д.:

kэ = kс ∙kt ∙kv ∙kT

Значения частных коэффициентов влияния приводятся в специальных таблицах.

9.2 Последовательность оценки влияния максимального давления на работоспособность пластмассовой арматуры

1)  Определяется значение максимального гидростатического давления в системе;

2)  вычисляются значения (Р1)s и (Р2)s;

3)  сравниваются значения Рmax со значениями (Р1)s и (Р2)s;

4)  если Рmax ≤ (Р1)s, то расчет цилиндрического элемента ограничивается расчетом по упругим напряжениям;

5)  если (Р2)s > 1,15 Рmax, то расчет прекращается, так как цилиндрический элемент находится в недопустимо напряженном состоянии (предельном);

6)  если (Р2)s ≥ Рmax ≥ (Р1)s, то производится дальнейший расчет с учетом упругопластического состояния цилиндрического элемента трубы.

При этом может наблюдаться 2 случая:

Случай А: Рmax = (Р1)s, т.е. имеет место течение полимерного материала на внутреннем волокне. В общем случае, все виды напряжений рассчитываются по общей формуле:

σi = Si·Pmax,

где    Si – безразмерный коэффициент напряжений, определяемый для разных видов напряжений по формулам:

-для тангенциальных напряжений по внутренней поверхности трубы:

Sт´ = (k2 + 1) / (k2 –1)

-для тангенциальных напряжений по наружной поверхности трубы:

Sт´´ = 2 / (k2 –1)

-для осевых напряжений по внутренней и наружной поверхностям трубы:

Sос´ = Sос´´ = 1 / (k2 –1)

-для радиальных напряжений по внутренней поверхности трубы:

Sрад´ = –1

-для радиальных напряжений по наружной поверхности трубы:

Sрад´´ = 0

Случай Б: Рmax = (Р2)s, т.е. имеет место пластическое состояние полимерного материала по всему сечению цилиндрического элемента. Все виды напряжений рассчитываются по общей формуле:

σi = Si·Pmax,

где    Si – безразмерный коэффициент напряжений, определяемый для разных видов напряжений по формулам:

-для тангенциальных напряжений по внутренней поверхности трубы:

Sт´ = (1 – ln k) / (ln k)

-для тангенциальных напряжений по наружной поверхности трубы:

Sт´´ = 1 / (ln k)

-для осевых напряжений по внутренней поверхности трубы:

Sос´ = (1 – 2 ln k) / (2 ln k)

-для осевых напряжений по наружной поверхности трубы:

Sос´´ = 1 / (2 ln k)

По рассчитанным видам напряжений определяют эквивалентное напряжение.

10.Пластмассовые опоры скольжения и качения

В основном это подшипники, которые имеют целый ряд преимуществ по сравнению с другими видами. Наиболее распространены подшипники скольжения благодаря низкой стоимости, простоте технологического процесса сборки, низким потерям на трение, высокой износостойкости, хорошей демпфирующей способности, возможности эксплуатации без смазки.

Выбор основных конструктивных параметров пластмассовых подшипников скольжения сводится к определению величины зазора между сопрягаемыми поверхностями вала и подшипника. Величину зазора назначают исходя их условий обеспечения нормальной работы соединения в заданных условиях эксплуатации.

При проектировании обязательно следует учитывать специфику физико-механических свойств пластмасс. Пластмассовые изделия при воздействии температуры изменяют размеры на величину, в 5 – 10 раз большую, чем металлические. Обладая специфической особенностью адсорбировать влагу воздуха, масло, бензин, изделия из пластмасс набухают, что также изменяет их размеры. Даже при нормальной температуре изделия из пластмасс могут существенно изменять размеры под нагрузкой вследствие ползучести. Изменение наружного (внутреннего) диаметрального размера пластмассового элемента узла трения может происходить из-за натяга внутреннего (наружного) размера.

Из-за этого в пластмассовых подвижных соединениях необходимо различать сборочные и эксплуатационные размеры, причем между ними может наблюдаться существенная разница.

Расчет и проектирование пластмассовых подшипников скольжения производят в следующей последовательности:

1)  расчет оптимальной величины эксплуатационного зазора;

2)  расчет теплового режима в узле трения и установление необходимости его охлаждения;

3)  определение величины сборочного зазора в соединении.

Исходными данными для расчета являются: 1) диаметр и длина соединения, а также толщина вкладыша, заданные по конструктивным соображениям, которые связаны с условиями компоновки узла или условием обеспечения устойчивости пластмассового элемента при его запрессовке в металлическую обойму или напрессовке на вал; 2) нагрузка на подшипник и число оборотов вала; 3) вид смазки (минеральные или консистентные масла, вода) или отсутствие смазки.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5