Аппарат с механическим перемешивающим устройством

П5.3] примем значение показателя равным 8 МПа (бетон, марка 100).ТогдаТ.е. условие прочности выполняется.Проверим ребра (косынки) опор на устойчивость по выражению: - напряжение сжатия при продольном изгибе ребра, Па;2,24 – коэффициент, характеризующий действие неучтенных факторов; - число ребер в опоре; в нашем случае равно 2;S – толщина ребра (в таблице выше);b – вылет ребра (в таблице выше); - коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при продольном изгибе, который для опор-стоек принимается равным 0,6; - допускаемое напряжение для материала ребер опоры.Определим допускаемое напряжение для материала реберпри расчетной температуре. Воспользуемся выдержкой из таблицы значений допускаемого напряжения для стали Ст3 при разных температурах [1, стр. 89, табл. П.2.1]:Расчетная температура материала, 0С20100150200250300350375400410420Допускаемое напряжение, МПа1401341311821201089893858175[σ] = [σ]1 + [σ]1 = 134 (МПа); [σ]2 = 131(МПа);t1= 100 °C; t2= 150 °C; t=182 °C;ТогдаТ.е. условие устойчивости выполняется.Проверим прочность угловых сварных швов, соединяющих ребра опор с корпусом аппарата, по формуле: – напряжение среза в швах, Па;К=(0,85…1,2)*S – катет сварного шва, м.; примем К=1*S=S=0,008 м.; - общая длина швов опоры-стойки, м.; значение показателя вычисляется по формуле: – допускаемое напряжение среза для материала швов, принимаемое , Па.ТогдаТ.е. условие прочности угловых сварных швов выполняется.Масса опоры лапы типа 1 согласно [1, стр. 119, табл. П5.5] равна 4,8 кг.Выбор и расчет перемешивающего устройстваПеремешивающее устройство включает в себя: мешалку, мотор-редуктор, стойку, муфту, вал и уплотнение места его ввода в крышку аппарата.Выбор мешалкиТип мешалки: рамная мешалка - тип 9 (согласно заданию);Диаметр мешалки: (согласно заданию);Размеры мешалки [1, стр. 122, табл. П6.2]:Таблица 6.1.1. Размеры мешалки.Размеры в мм.Масса, кг.1000045110801028Расстояние от мешалки до эллиптического днища корпуса аппарата:Размеры ступицы мешалки примем согласно [1, стр. 125, табл. П6.5]:Таблица 6.1.2. Параметры ступицы мешалки.Размеры в мм.459049,91470М36x255М6358Эскиз мешалки приведен в Приложении №8.Эскиз ступицы мешалки приведен в Приложении №9.Выбор мотора-редуктораЧастота вращения мешалки: об/мин (согласно заданию).Мощность перемешивания мешалки: КВт (согласно заданию).Согласно рекомендациям [1, стр. 129-141, Приложение 8] выбираем следующий мотор-редуктор:Обозначение: МЦ2СФ-125-60-5,5-600-Ц-У2;Исполнение: фланцевое (вариант 600);Конец тихоходного вала: цилиндрический (Ц);Межосевое расстояние: мм.;Частота вращения тихоходного вала: об/мин.;Мощность двигателя мотора-редуктора: кВт.Размеры и масса выбранного мотора-редуктора приведены в таблице согласно [1, стр. 135, Приложение 8]:Таблица 6.2.1. Параметры мотора-редуктора.Типоразмер мотор-редуктораРазмер в мм.nМасса, кг.BDdМЦ2СФ-125125390-34029097055535260196238Выбор стойки приводаМотор-редуктор устанавливается на крышке аппарата при помощи стойки.Стойка спроектирована индивидуально под диаметр валаСтойка комплектуется торцовым уплотнительным устройством с самоустанавливающимся вращающимся кольцом пары трения.Эскиз стойки и мотора-редуктора приведен в Приложении №10.Эскиз уплотнительного устройства приведен в Приложении №11.Предварительный расчет вала мешалкиПредварительно диаметр вала мешалки рассчитывается по пониженным допускаемым напряжениям на кручение, исходя из условия статической прочности: - допускаемое напряжение, равное 40 МПа; - расчетный крутящий момент, Н*м. Данный показатель учитывает пусковые нагрузки и находится из выражения: - коэффициент динамической нагрузки. Значение показателя зависит от конструкции мешалки; для лопастной мешалки (тихоходной) принимается равным 2; – мощность перемешивания, кВт; - угловая скорость вала мешалки, рад/с; вычисляется по формуле:ТогдаПринимаем стандартный диаметр вала, соответствующий габариту 01 в таблице размеров стоек типа 1 [2, стр. 65, табл. П8.3], После выбора всех комплектующих частей привода проверим выполнение условия: - мощность, потребляемая двигателем мотор-редуктора на перемешивание. Данный показатель больше показателя на величину потерь в уплотнении, подшипниках стойки, планетарном редукторе и рассчитывается с учетом КПД в этих устройствах: - КПД планетарного редуктора; в нашем случае редуктор – двухстпенчатый, ; - КПД подшипников качения, в которых установлен вал мешалки; ; - КПД, учитывающий потери мощности в уплотнении; в нашем случае уплотнение торцовое, ;n – количество подшипников на валу; n=2.ТогдаУсловие достаточности мощности мотора-редуктора выполняется.Для дальнейших расчетов вала определим – длину между верхним подшипником стойки и ступицей мешалки, а также – длину консольной части.Расчет вала на усталостную прочностьТак как вал мешалки испытывает, в основном, касательные напряжения от кручения, то условие его усталостной прочности можно представить в виде: – требуемый коэффициент запаса прочности; примем ; – коэффициент запаса прочности при кручении. Значение показателя вычисляется по формуле: - предел выносливости при кручении при симметричном цикле напряжений, МПа; и - соответственно амплитуда и среднее значение напряжений циклов, МПа; - эффективный коэффициент концентрации напряжений; – коэффициент влияния абсолютных значений поперечного сечения вала; – коэффициент чувствительности к ассиметрии цикла.Величину предела выносливости при кручении определим по формуле: - предел прочности материала вал при температуре среды, МПа. Примем, что наш вал изготовлен из легированной стали 12ХН3А. Для этой стали при температуре среды t=1820C, тогдаПри постоянной скорости вращения вала или редком реверсировании (изменения направления вращения) принимают: - касательные напряжения при кручении, МПа; - расчетный крутящий момент, Н*м; - полярный момент сопротивления сечения вала по шпоночной канавке в месте крепления ступицы мешалки, м3. Значение показателя определяется по формуле: – диаметр вала в месте крепления ступицы мешалки, м; , – ширина и глубина шпоночного паза на валу, м.; согласно [1, стр. 182, табл. П6.6] Примем .Примем Примем (т.к. ТогдаТ.е. вал удовлетворяет критериям усталостной прочности.Расчет вала на виброустойчивостьПринимая во внимание, что наш вал является быстроходным (35,5об/мин), проверим его на виброустойчивость по условию: – первая критическая угловая скорость вала, рад/с.Расчет первой критической скорости вала, соответствующей резонансу при изгибных колебаниях, выполним следующим образом. Определим относительную координату центра тяжести вала и относительную массу мешалки из условия: - масса мешалки (равна 28 кг. – см. п. 6.1); – линейная масса вала, кг/м; – плотность материала вала (стали), кг/м3; – длина вала между верхним подшипником и ступицей вала (равна 1682 мм. – см. п. 6.4); – длина консольной части вала (равна 1382 мм. – см. п. 6.4).Из графика [1, стр. 57, рис. 19] определим корень частотного уравнения и рассчитаем первую критическую по формуле:E – модуль упругости материала вала, Па (равен 2,138*105 МПа – см. п. 3.3);I – момент инерции сечения вала, м4.Таким образом,По графику [1, стр. 57, рис. 19] .Т.е. вал удовлетворяет критериям виброустойчивости.Эскиз компоновки аппарата приведен в Приложении №12.Список литературыАлферова Л.И., Ображей Л.М., Иванов Е.В., Климов Л.А. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Механика» – СПб: СПХФА, 2009.Алферова Л.И., Беспалов О.И., Иванов Г.А., Шебатин В.Г., Шишкин А.В. Приложения к методическим указаниям к выполнению курсового проекта по курсу «Прикладная механика» – Ленинград: ЛХФИ, 1987.Попова Г.Н., Алексеев С.Ю. Машиностроительное черчение. Справочник – СПб: Политехника, 1999.Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование – М: Машиностроение, 2007.