塑料制品结构设计课件.ppt

压缩应力 压缩应力Sc=F/A 随着圆柱的长度慢慢地增加，弯曲就有可能成为产品破坏的一种主要方式。设计者必须考虑到每种破坏的可能性，以确定该制件设计是否合理。 假设一根长为L的细的、末端为圆形的且没有摩擦的圆柱，受到缓慢增加的力(F)的作用，圆柱被压缩(见表10.6中的例子，圆柱的两端都被铰链固定)――根据虎克定律，增加力直至达到一个临界应力时――再增加一点力都会使圆柱变弯曲： Pcr=π2EI/l2＝适合于具有圆形末端且不固定的圆柱的欧拉公式 当Pcr的值小于允许的压缩力时，欧拉弯曲方程适用：F=ScA。Sc是该材料的允许压缩应力。分析不同的应用条件对确定Pcr是非常重要。 柱、环、拱形的弯曲 平板 许多产品都有用于自撑的或承受外负荷的很宽的表面。当设计一件产品时，可以认为该表面区域为平板，该区域通常没有充分使用来帮助支撑和增强产品的其他部分。当设计者用平板设计方法来设计机架和支撑结构时，能减少产品的重量，进而设计出一件更加坚硬、更加合理的产品。 弯曲的表面能自我支撑，可以消除在结构中使用辅助支撑的必要性。当有必要的时候，在模具里设计加强肋来增强产品，可能会稍微增加一些模具和材料的成本。 平板的公式 11 加强肋的设计 当使用内部加强肋来增强塑料制品时，必须从两方面进行分析。如果从内部美观的角度出发或者要求产品的表面必须光滑，没有一点比较明显的瑕疵或者变形，必须仔细设计加强肋的结构，以消除任何成型后出现的表面问题。如果加强肋设计不当，可能导致表面出现缩痕或者使用者能在产品的表面看见加强肋的大致轮廓。 加强肋设计 消除肋对表面的影响 如果设计非常合理，就能减少这些影响或者通过各种方法的处理来掩盖这些表面影响。 将表面制成看起来有纹路的表面。越光滑的表面，就越不容易隐藏内肋的影响 当控制好成型温度，且紧密控制住成型过程中的工艺参数时，就能减少设计良好的加强肋在高度光滑表面的影响。 与无定形塑料和热固性树脂相比，在消除加强肋表面影响方面，晶体与增强树脂有更大的困难。这是因为晶体与增强型树脂有更高的模塑收缩率。 对于无定形树脂来说，出现外观及弯曲的问题更少； 热固性加强肋结构能增加刚度及承受负荷的强度。 加强肋的优点 使用这种类型的加强肋会急剧地减小产品的重量；产生更加薄的板的截面，并且缩短了成型周期。当截面厚度超出材料推荐使用的壁厚时(如表10.8所示)，或者必须要消除产品的变形现象时，就需要考虑加强肋了。最终使用产品的检测能显示肋骨的设计是否很合理。最开始的时候，最好是设计小的加强肋，因为加强肋可以根据设计要求来增加其大小。 推荐使用的截面厚度 加强肋对杆的影响 对于成型时的模具加工来说，相对容易一点，这是因为它只需增加加强肋的大小就可以了。根据图10.11，我们能知道加强肋的大小是以该产品的壁厚(W)为基础的——加强肋的厚度(T)就是W的一个百分数。作为结构的功能要求，一个加强肋的高度，通常来说，最大值是1.5W到5W之间。图10.12列举了加强肋合适的比值。 有很多形式的加强肋，这主要的是单向的和网格的加强肋。加强肋的比例是由产品的结构要求决定的。但是如果加强肋过多的话，那么对成型与美观方面的要求就变得更加重要。最好使用几种更小的，比例非常合适的加强肋，而不使用一个大的，以满足结构与美观两方面的要求。 （三）例题 例10.1．平板的设计 在室温下，设计一能承受8Ib集中负荷的机器帽。 题解 在设计分析时，我们可以把它描述为一段从产品上切下来的均匀横杆，这段横杆的壁厚均为0.100in.，如图10.13所示。用标准横杆方程计算出最大应力为7207Ib/in.2；当假定室温下弯曲模量为250000Ib/in.2时，最大的变形量为1.728in.。对于所选择的材料来说，变形和应力都是不可满足的。为了增加刚性，可以通过减小变形、应力及选择一个加强肋截面来实现。最初选择的加强肋的尺寸为：宽为0.04in.，高为0.50in.，反面为一光滑表面。如表10.9所示，选择加强肋两侧0.5°锥度的设计，便于脱模且能减少材料的用量。使用新的截面尺寸来计算新产品的应力与变形；应力就减少到3000Ib/in.2，变形量减少到0.072in.。仅使产品重量增加25％还是可以接受的。没有加强肋时，就应该考虑增加板的厚度，厚度为0.287in.的板要求产品的重量增加240％。 13使用多根加强肋需要考虑的因素 为了帮助设计者设计多加强肋板，已经推导出一些无量纲比值曲线。这些曲线把平板结构与具有一样刚性与强度的单向多加强肋结构进行比较。图10.14－10.17分别是具有60%和75%加强肋的板的曲线。在分析平板时可以把平板分成许多大小一样的小块截面，然后计算出较小截面的惯性力矩，最后与相同的加强肋的截面相比较。 这些无量纲比值曲线是根据变