Пояснительная записка. Аппарат вертикальный с лопастной мешалкой

• Название: Аппарат вертикальный с лопастной мешалкой
• Анкор: Пояснительная записка.docx
• Дата: 22.07.2018
• Размер: 6.58 Mb.
• Имя файла: Пояснительная записка.docx
• Тип: Пояснительная записка; #21833
• страница: 4 из 4

Конструирование корпуса и крышек подшипникового узла.

Толщину стенки корпуса подшипникового узла s принимают равной 10-12 мм. Диаметр резьбы винтов d_в для крепления крышек (рис.16) к корпусу и их число z назначают в зависимости от наружного диаметра подшипника D.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

АВЛ 015.00.00 ПЗ

Разраб.

Кириллина

Провер.

Островская

Реценз.
Н. Контр
Утверд.
Аппарат вертикальный

с лопастной мешалкой

Лит.

Листов

25

КНИТУ,

5121 - П




δ=10мм

D, мм	100 - 140
dв,мм	М10
z	6

По таблице 15^[1] выбираем винты:

Номинальн. диаметр резьбы d	Шаг резьбы	Длина резьбы b	D	k	l
10	1,5	26	16	6	18—100

Наружный диаметр крышки D_к≈D+4d_в=100+4∙10=140мм

Диаметр центров отверстий под винты D_в≈D+2d_в=100+2∙10=120мм

Толщина крышки в месте установки винтов δ=8-10 мм. Толщина крышки в месте установки манжеты δ₀=5-8мм. Остальные размеры крышек зависят от размеров манжеты, размер l принимается конструктивно.

В конструкции, представленной на рис.14, для удобства монтажа подшипников часть внутренней поверхности корпуса (между торцами подшипников) выполняют на 2 мм больше, чем диаметр подшипника D, длина этой части корпуса равна длине распорной втулки. К корпусу приварен фланец толщиной δ=10мм с отверстиями d=1,1d_в для крепления подшипникового узла в стойке привода.

11. 
    Проверочный расчет вала
    

Основными критериями работоспособности валов перемешивающих устройств являются виброустойчивостъ и прочность.

1. 
   Выбор расчетной схемы
   

Выбираем подвижное соединение валов мотор-редуктора и мешалки втулочно-пальцевой муфтой. Так как при этом вал опирается на два радиально-упорных подшипника качения, установленных в стойке привода, то такому конструктивному решению соответствует расчетная схема 3.

2. 
   Расчет на виброустойчивость
   

Расчет осуществляют в следующей последовательности:

1. 
   Определяют массу единицы длины вала:
   

; (3.5)

где  =7,85 10 ³ - плотность материала вала; d(d₆) - диаметр вала в месте уплотнения.

2. 
   Вычисляют момент инерции поперечного сечения вала:
   

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

АВЛ 015.00.00 ПЗ

Разраб.

Кириллина

Провер.

Островская

Реценз.
Н. Контр
Утверд.
Аппарат вертикальный

с лопастной мешалкой

Лит.

Листов

25

КНИТУ,

5121 - П

; (3.6)

3. 
   Определяют значение коэффициентов:
   

; (3.7)

где М_м - масса мешалки, l₁ , L – значения длин соответствующих участков вала(по расчетной схеме и компоновке или чертежу).

4. 
   В соответствии с выбранной расчётной схемой определяют коэффициент α
   
5. 
   Определяют критическую скорость вала:
   

; (3.8)

где Е = 2 • 10¹¹ - модуль продольной упругости вала.

6. 
   Проверяют выполнение условия:
   

; (3.9)

Если условие (3.9) не выполняется, то необходимо увеличить диаметр вала d₆ в месте установки уплотнения и повторить расчет. При этом надо учесть, что эта мера приведёт к изменению размеров всех ступеней вала и деталей, расположенных на нём.

;

;

;

Коэффициент α по рис.9^[1] α=1,6

;

.

3. 
   Расчет на прочность
   

Расчёт предусматривает определение эквивалентных напряжений вала в опасных сечениях (в местах с наибольшим изгибающим моментом). Выбор таких сечений выполняют после построения эпюр изгибающих и крутящих моментов. Изгиб вала происходит под действием инерционных сил, возникающих вследствие несбалансированности масс мешалки и вала.

Последовательность расчёта:

1. 
   Определить эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства:
   

; (3.10)

где D_меш - диаметр мешалки.

2. 
   Определить значение приведённой массы мешалки и вала:
   

; (3.11)

где q - коэффициент приведения распределённой массы вала к сосредоточенной массе мешалки.

; (3.12)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

АВЛ 015.00.00 ПЗ

Разраб.

Кириллина

Провер.

Островская

Реценз.
Н. Контр
Утверд.
Аппарат вертикальный

с лопастной мешалкой

Лит.

Листов

25

КНИТУ,

5121 - П

Определить радиус вращения центра тяжести приведенной массы мешалки и вала:

; (3.13)

3. 
   Определить центробежную силу:
   

; (3.14)

где М_пр - приведённая масса мешалки и вала; r - радиус вращения центра тяжести приведённой массы.

4. 
   Определить радиальные реакции в опорах:
   

; (3.15)

5. 
   Построить эпюры изгибающих и крутящих моментов и определить величины изгибающих моментов в опасном сечении вала. Для 3-й расчётной схемы опасным является сечение под нижним подшипником.
   
6. 
   Определить напряжение изгиба и напряжение кручения в опасном сечении:
   

; (3.16)

7. 
   Рассчитать эквивалентное напряжение и проверить выполнение условия:
   

; (3.17)

где - предел выносливости материала вала . Значение предела прочности  _в берут из таблицы. S_min - минимальный запас прочности вала (ориентировочно S_min= 2); К_ - коэффициент концентрации напряжений, К_= 1,2 - 1,5 (опасное сечении под подшипником).



;

;

;

;

;

;

;

Эпюра

1 участок:

;

Q_y=500.46 Н

M_x=-z₁∙R_a

M_x(0)=0 Н∙М

M_x(0.131)=61.06 Н∙М

2 участок:

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

АВЛ 015.00.00 ПЗ

Разраб.

Кириллина

Провер.

Островская

Реценз.
Н. Контр
Утверд.
Аппарат вертикальный

с лопастной мешалкой

Лит.

Листов

25

КНИТУ,

5121 - П

Q_y=-35.13 Н

M_x=-z₂∙F_ц

M_x(0)=0 Н∙М

M_x(1.729)=61.06 Н∙М

;

;

Из таблицы 54^[1] определяем предел прочности стали

;

;

4. 
   Проверочный расчет шпонок
   

Призматические шпонки проверяют на смятие. Проверке подлежат две шпонки - в месте посадки полумуфты и в месте установки мешалки.

Условие прочности:

; (3.18)

Где d - диаметр вала в месте установки шпонки; 1_р = (1 – в) - рабочая длина шпонки со скругленными торцами (1-полная длина шпонки); в,h,t- стандартные размеры; [_см] = 80 - 150н/мм² - допускаемое напряжение на смятие.

По таблице 55^[1] определяем стандартные размеры шпонки (рис.17):

Диаметр вала d	Сечение шпонки		Глубина паза		Длина l
	в	h	t1	t2
38-44	12	8	5	3,3	22-110
58-65	18	11	7	4,4	50-200

рис.17

Выберем длину шпонок 80 и 60 мм.

При диаметре вала 60 мм:

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

23

АВЛ 015.00.00 ПЗ

Разраб.

Кириллина

Провер.

Островская

Реценз.
Н. Контр
Утверд.
Аппарат вертикальный

с лопастной мешалкой

Лит.

Листов

25

КНИТУ,

5121 - П

При диаметре вала 40 мм:

.

5. 
   Проверка пригодности подшипников
   

Определение сил, нагружающих подшипники.

Радиальные нагрузки F_r на подшипники равны радиальным реакциям R_A , R_B (см. расчет вала на прочность). При установке вала в шариковых радиальных подшипниках осевая сила F_a, нагружающая подшипник, равна внешней осевой силе F_A, действующей на вал:

; (3.19)

где Р - давление в аппарате; G - вес вала и мешалки; d_рас - расчётный диаметр вала в уплотнении, установленном на крышке аппарата (d₆);d_рас =d+5 мм.

При размещении вала в радиально-упорных подшипниках осевые силы F_a, нагружающие подшипники, находят с учётом осевых составляющих S от действия радиальных сил F_r: для шарикоподшипников S= e F_r; где F_r - реакция наиболее нагруженной опоры (R_Aили R_В); е - коэффициент осевого нагружения подшипника.

Последовательность расчёта.

1. 
   Для выбранного подшипника выписывают значения динамической С и статической грузоподъёмности С₀.
   
2. 
   По отношению F_А/ С₀, выписывают значения коэффициента осевого нагружения е.
   
3. 
   Определяют осевые составляющие.
   
4. 
   Определяют осевую результирующую нагрузку на подшипники в соответствии с условиями нагружения:
   

Условия нагружения	Осевые нагрузки
S1  S2 ; FA  0 S1 < S2 ; FA  S2 - S1	Fa1= S1 Fa2 = Fa1+ FA
S1 < S2 ; FA < S2 - S1	Fa2 = S2 - FA Fa1= Fa2- FA

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

24

АВЛ 015.00.00 ПЗ

Разраб.

Кириллина

Провер.

Островская

Реценз.
Н. Контр
Утверд.
Аппарат вертикальный

с лопастной мешалкой

Лит.

Листов

25

КНИТУ,

5121 - П

Сравнивают отношение F_A/(VF_r) с коэффициентом е и принимают значения коэффициентов x и у.

5. 
   Вычисляют эквивалентную динамическую нагрузку:
   

(3.20)

где V - коэффициент вращения; V = l при вращении внутреннего кольца подшипника; коэффициент безопасности k_б =1,1 - 1,5, значение температурного коэффициента k_Т принимают в зависимости от рабочей температуры подшипника: k_Т = 1 (при t  100°С); k_Т = 1.05 (при t = 100 - 125°С).

При установке вала в двух подшипниках качения эквивалентную нагрузку Р_Е рассчитывают для обеих опор и определяют наиболее нагруженную, для которой и рассчитывают динамическую грузоподъёмность.

6. 
   Определяют грузоподъёмность С_р и сравнивают её с табличным значением:
   

; (3.21)

где L_h срок службы (ресурс) узла; L_h = 10 • 10³  20 • 10³ ч; п - число оборотов вала в минуту; Р_Е - эквивалентная динамическая нагрузка ; m =3 (для шарикоподшипников).

Если C_p < С, то подшипник пригоден. Если данное условие не выполняется, необходимо применить подшипник другой серии (с большей грузоподъемностью).

По таблице 49^[1] С=50.3 кН, С_r=31.5 кН

.

По таблице 50^[1] определяем e=0,28

S₁ = e∙F_r1=e∙R_A=0,28∙500.46=149,13 H

S₂ = e∙F_r2=e∙R_B=0,28∙535.59=150 H

F_a2 = F_a1+ F_A=149,13+3039,18=3188.31 Н

По таблице 50^[1] с учетом F_A/(VF_r)>e выбираем х=0.56, у=1.55

;

;

Подшипник пригоден.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

25

АВЛ 015.00.00 ПЗ

Разраб.

Кириллина

Провер.

Островская

Реценз.
Н. Контр
Утверд.
Аппарат вертикальный

с лопастной мешалкой

Лит.

Листов

25

КНИТУ,

5121 - П

Список литературы

1. 
   Расчет и конструирование химических аппаратов с мешалками: учебное пособие / Э.Н.Островская, Т.В. Полякова; КГТУ. Казань, 2006.