Расчет экранов на прочность

1 Цель и задачи работы

Цель работы: освоить методику расчета экранов на прочность.

Задачи работы: изучить методику расчета экранов на прочность, выполнить расчет экрана по выданному варианту.

2 Теоретические сведения

Выбор материала и толщины экрана зависит о величины динамических нагрузок, действующих на экран. Так, на металлорежущих станках на защитный экран может ударно воздействовать элементная стружка, осколки инструмента при его разрушении, а также режущий инструмент (или деталь) при вылете вследствие плохого их крепления. Экран может разрушиться вследствие возникающих изгибных деформаций либо может «прошит» насквозь осколком инструмента или детали.

Определение толщины сплошного экрана h при изгибном воздействии на него ведется для наиболее опасного случая – удар в центр экрана.

Высота и длина экрана определяется размерами опасной зоны с учетом конструкции ограждаемого оборудования.

Применительно к имеющимся конструкциям ограждений типа защитного козырька или щитка может быть использована следующая формула:

h = 9 m v² E k² / ( l b σ_и²) , (1)

где h – толщина экрана, м;

m – масса стружки (осколка инструмента), кг;

v – скорость стружки (осколка инструмента) при ударе об экран, м/с;

Е – модуль упругости материала экрана, Н/м²;

σ_и - допустимое напряжение на изгиб материала экрана, Н/м²;

l, b – размеры экрана, м;

к - коэффициент запаса прочности.

Для безосколочного стекла Е = 344 10⁶ Н/м² = 344 МПа,

σ_и = 1,8 10⁶ Н/м² = 18 МПа.

Например, для экрана из безопасного стекла (триплекса) размерами 150 х 200 мм при ударе осколком массой 10 г со скоростью 13 м/с при трехкратном запасе прочности толщина экрана

H = 9 ·10·10^-3 · 13² ·344· 10⁶ ·3² / (0,15· 0,2 ·18² ·10³) = 5 ·10^-3 м = 5 мм.

Для исключения «прошивания» защитного экрана должно выполняться условие

v < v₀, (2)

где v₀ - минимальная скорость, с которой элемент массой m «прошивает» экран,

v₀ = k_м d [h (h / m)ⁿ]^1/2, (3)

где d – размер вылетающей стружки (осколка), м;

m – масса вылетающей стружки (осколка), кг;

h - толщина экрана, м;

n – показатель степени, учитывающий толщину экрана, обычно n = 2;

k_м – коэффициент, учитывающий прочность материала.

Для пластиков k_v = 1,1 ·10⁶, для металлов k_v = 1,23 ·10⁷.

3 Задание на работу

3.1. Выполнить расчет необходимой толщины экрана на прочность по выданному преподавателем варианту.

4 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1 Изучить методику расчета экрана на прочность.

4.2. Выполнить расчет необходимой толщины экрана на прочность по варианту, выданному преподавателем.

5 ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать: название и цель работы, схему защитного экрана, расчет толщины экрана.

6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. От каких параметров экрана зависит его прочность?

6.2. Что такое модуль упругости материала экрана и единицы измерения?

6,3. Что характеризует допустимое напряжение на изгиб материала?

6.4. От каких факторов зависит пробъет или не пробъет элемент экран?

Список литературы

1. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: Справочник/ С.В.Белов, А.Ф. Козъяков, О.Ф. Партолин и др.; Под ред. С.В.Белова.- М.: Машиностроение, 1989.-368 с.

2. Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций. М.: Машиностроение, 1980.- 258 с.

3. Динамика удара: Пер. с англ./ Дж.А Зукас, Т. Николас, Х. Свифт и др. М.: Мир, 1985.- 296 с..

Разработал: ______________ Ю.В.Кравцов, канд. техн. наук, доцент

Рассмотрено на заседании

кафедры АОТиОС,

протокол № 2 от 28.09.2009 г

Зав.кафедрой _______________ Соколов Э.М.