Порядок расчета на прочность и жесткость изделий из пластических масс

Общие положения

Несущая способность деталей из пластмасс ограничивается предельно допустимыми нагрузками (напряжениями) или предельно допустимыми деформациями. Основной целью прочностного расчета пластмассовых деталей является оценка напряжений, действующих в опасных сечениях (или опасных точках), и их сопоставление с допускаемыми. Кроме того, часто проводится оценка предельно допустимых деформаций, обусловленных действующими во времени нагрузками.

Таким образом, решение задачи определяется либо условием прочности

либо условием жесткости, которое в зависимости от вида деформации, испытываемой деталью, будет иметь следующий вид:

где а_П1ах — максимально возможное нормальное эквивалентное напряжение в теле детали при заданных условиях нагружения; 8_тах, у_тах, 0_шах и у_тах — соответственно максимальная относительная линейная деформация, максимальная угловая деформация, максимальный относительный угол закручивания и максимальный прогиб; [ ст| — допускаемое напряжение для материала детали при заданных условиях нагружения; [е], [у], [0| и [у] — допускаемые соответственно максимальная относительная линейная деформация, максимальная угловая деформация, максимальный относительный угол закручивания и максимальный прогиб.

Величина допускаемого напряжения определяется как.

где а_п — предельное напряжение (для хрупких материалов g_d = о_в, а для пластичных a_D = а₇); п — коэффициент запаса прочности; о_в — предел прочности материала; о_т — предел текучести материала.

Здесь необходимо обратить внимание на то, что все прочностные показатели материала берутся при температуре эксплуатации рассчитываемой детали. Кроме того, при расчете предельного состояния необходимо помнить об изменении прочности изделия при длительном статическом нагружении определенной системой внешних сил. Расчетом должна оцениваться несущая способность детали в процессе ползучести. Эта задача сводится к нахождению предела длительной прочности в условиях возможных температурных изменений, а также влияний физической среды. В ряде случаев приходится учитывать возможность хрупкого разрушения детали под действием остаточных напряжений в процессе релаксации.

Расчет на прочность деталей из пластмасс имеет чаще всего поверочный характер и состоит из следующих стадий.

• 1. Выбор и расчет действующих нагрузок, определение необходимой долговечности детали, выявление температурных условий работы, определение характера окружающей среды, назначение степени ответственности и необходимой надежности детали и т. д.
• 2. Составление упрощенной схемы детали и схематизированного распределения внешних нагрузок. Определение внутренних усилий, действующих в различных сечениях детали (чаще всего строятся эпюры распределения внутренних усилий).
• 3. Выявление опасных сечений и точек и определение напряжений, действующих в этих сечениях и точках.
• 4. Определение главных напряжений, действующих в опасных точках.
• 5. По найденным главным напряжениям расчет эквивалентных напряжений по одной из гипотез прочности.
• 6. Для выбранного материала детали и принятых условий эксплуатации определение допускаемых напряжений и проверка, соблюдается ли условие прочности.

Расчет деталей на жесткость проводится обычно в следующей последовательности.

• 1. Выполняются пункты 1 и 2 расчета детали на прочность.
• 2. Рассчитывается деформация в различных сечениях детали и выявляется ее максимальное значение.
• 3. Для выбранного материала детали и принятых условий эксплуатации определяют допускаемые значения деформаций и проверяют, соблюдается ли условие жесткости.

При расчетах на жесткость необходимо учитывать возможность возникновения в изделии значительных необратимых деформаций, связанных с ползучестью.