隔爆外壳的设计介绍.doc

防爆电器丛书 隔爆外壳的设计 刘让 编著 二零零七年八月 浙江 乐清 隔爆外壳的设计 刘 让 编著  一 概述 防爆产品的外壳设计，特别是隔爆型外壳的设计已有许多方法，本文想从理论基础 说起，尽量避免繁琐的高等数学的计算，并简化计算以达到实用性强、易掌握的目的。 使防爆产品的质量有更大的提高。 本文主要针对从事防爆产品设计和防爆外壳工艺的技术人员，并具有中专学历以上 的人员学习， 隔爆外壳的设计包括两个方面的内容： 1.隔爆参数的设计； 2.外壳强度的设计。 外壳的隔爆参数主要是指隔爆结合面的形式、隔爆面间隙和结合面的宽度以及结合面的粗糙度等，这些参照 GB3836 的有关内容正确选择就可以。近年来，随着技术的发 展，方壳和快开门结构使用越来越多，外壳主腔使用螺钉紧固逐渐减少(但在厂用防爆 产品中仍用的较多)，矿用产品螺钉紧固方式大多用于接线箱和一些小产品中，因此新 的结合面紧固方式也是外壳设计的主要部分。 外壳的强度设计，是如何用最少的材料设计出强度足够的隔爆外壳，这也是许多专 家研究的课题，至今尚未见到一种成熟而又精确的计算方法，设计中采用经验数据较多， 有的通过试验来验证，浪费材料和裕度过大是常见的。 二 外壳设计的理论基础 1 虎克定律 公式 △ L ? PL EA 杆受拉力纵向伸长 △L=L1－L (图 1)  单位长度杆的纵向伸长(线应变)： ε= ?L L P 轴向力 A 杆的横截面 E 弹性模量 MPa EA 杆的抗拉(压)刚度 这样虎克定律的另一表达式 ε= ? σ= P  杆中的正应力(拉为正，压为负) E A 2 低碳钢试件的拉伸图 （1）标准试样(图 2) L 工作段 在这一长度内任何横截面上的应力均相同 L=10d 或 L=5d L=11.3. A 或 L=5.65 A （2）低碳钢试样的拉伸图 (图 3)  Ⅰ 弹性阶段 △ L ? PL 。 EA Ⅱ 屈服阶段 试件长度急剧变化，但负载变动小。  Ⅲ 强化阶段 要继续伸长，所需要克服试件中不断增长的抗力，材料在塑性变形中 不断发生强化所致，这阶段塑性变形。 Ⅳ 局部变形阶段 试件伸长到一定程度后，负载读数反而逐渐降低，出现”颈缩”现象， 横截面急剧减小，负载读数降低，一直到试件拉断。 （3）卸载规律 在强化阶段如果终止加载，在终止加载过程中，负载与伸长量之间遵循直线关系， 此直线 bc 和弹性阶段内的直线 oa 近似平行，这过程为卸载，并将卸载时负载与试件的 伸长量之间遵循的直线关系的规律称为材料的卸载规律。(图 4) 由此可见，在强化阶段中，试件的变形实际上包括了弹性变形△Le 和塑性变形△Ls 两部分，在卸载过程中，弹性变形逐渐消失，只留下塑性变形。 若重新加载，仍从 c 点开始，一直到 b 点，然后沿原来的曲线。  若对试件预先施加轴向拉力，使之达到强化阶段，然后卸载，则再加负载时，试件 在弹性范围内所能承受的最大负载将增大，这称为材料的冷作硬化现象，这可用来提高 材料在弹性范围内所能承受的最大负载。 （4）应力—应变曲线或σ—ε曲线 (图 5) 比例极限：A 点以下，应力和应变成正比，符合虎克定律 σp 弹性极限：弹性阶段最高点 B，是卸载后不发生塑性变形的极限 σe σp 与 σe 数值相差不多，可统称弹性极限。 屈服极限：屈服阶段σ有幅度不大的波动，最高点 C 应力为屈服高限，D 点为屈服低限。 从试验结果可知，屈服低限较为稳定，故称为屈服极限 σs 强度极限：强化阶段的 G 点为最高点，此点应力达到最大值，称为强度极限 σb 对低碳钢来讲，极限应力：σs，σb 是衡量材料强度的两个重要指标。 延伸率：? ? L ? L1×100% L (L＝10d 时)  L1 拉断后的杆长； L 原长  材料名称 牌号 E GPa σs MPa σb MPa δ5% (L＝5d 时) 低碳钢 Q235 200-210 240 400 25-27 中碳钢 45 209 360 610 16 低合金钢 16Mn 200 290-350 480-520 19-21 泊桑比 μ 横向线应变ε/，在应力不超过比例极限σp时，它与纵向线应变的绝对值 之比为一常数。 μ＝︱ ? ︱ ? 3 术语和公式 (1) 挠度：轴线上的点在垂直于 X 轴方向的线位移υ称为该点的挠度。横截面绕其中性 轴转动的角度θ称为该截面的转角。(图 6) (2) 梁(把钢板当成两端被固定支撑的梁)在弯曲时，在横截面上既有拉应力也有压应力， 在中性轴为对称轴时，拉压应力在数值上相等。 M (3) 弯应力： σmax＝ WZ 1 对圆形截面 抗弯矩 WZ＝ 32 1 对矩形截面