Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

raskim

.pdf
Скачиваний:
1317
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
14.5 Mб
Скачать

Dв D + 2dв. Толщина крышки в месте установки винтов δ = 8÷10 мм. Толщина крышки в месте установки манжеты δ0 = 5÷8 мм. Остальные размеры крышек (рис.3.14) зависят от размеров манжеты, размер l принимается конструктивно.

В конструкции, представленной на рис.3.12, 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 = 10 мм с отверстиями d=1,1 dв для крепления подшипникового узла в стойке привода.

3.5. Разработка эскизного проекта перемешивающего устройства.

Эскизную компоновку выполняют масштабе 1:1 на миллиметровой бумаге формата А2 или А1. Для получения представления о конструкции и размерах деталей перемешивающего устройства достаточно одной проекции.

Последовательность выполнения эскизного проекта:

1. Провести осевую линию в середине короткой стороны

листа.

 

 

 

2. В верхней

части листа

вычертить

верхнюю опорную

поверхность стойки.

Определить

положение верхнего торца

выбранной муфты.

Для этого от верхней опорной поверхности

стойки отложить

вниз отрезок

L2 L1

(см. размеры

выбранного моторредуктора).

3.От полученной линии отложить вниз отрезок, равный длине выбранной муфты L (Н). Последняя линия будет являться торцом участка вала d2.

4.Отступив вниз примерно на 10 мм, провести линию, определяющую положение верхней крышки подшипникового узла. Следующая линия определяет толщину крышки в месте установки манжетного уплотнения, и вычертить «карман» для манжеты по размерам, приведенным в табл.47 прил.1.

41

5.

Между

внутренней поверхностью

крышки и торцом

участка вала диаметром d3 оставить примерно 10

мм.

6.

Вычертить контуры круглой шлицевой гайки и стопорной

шайбы.

 

 

 

7.Вычертить по контуру верхний подшипник. Отложить от его нижнего торца расстояние, равное длине распорной втулки lвт, и вычертить контуры нижнего подшипника. Для схемы с одним подшипником качения в стойке перейти к пункту 8.

8.От торца нижнего подшипника отложить примерно 5-7 мм.

Этим определяется

положение

внутренний

поверхности

нижней крышки.

 

 

 

9. Вычертить

контуры нижней

крышки и

участка вала

диаметром d5.

 

 

 

10. От наружной поверхности

нижней крышки отложить

примерно 20 мм. Этим определяется положение сальникового или торцового уплотнения.

11. Вычертить контуры выбранного уплотнения, крышки (дочертить) и корпуса подшипникового узла. Уплотнение и стойку закрепить на опоре привода.

3.6. Проверочный расчёт вала

Основными критериями работоспособности валов перемешивающих устройств являются виброустойчивостъ и прочность.

Прежде чем приступить к расчёту вала, необходимо выбрать расчётную схему и определить длину расчётных участков вала.

Выбор расчётной схемы. Каждому конструктивному решению крепления вала соответствует своя расчетная схема.

1. Жесткое соединение валов мотор-редуктора и мешалки (продольно-разъёмной муфтой). Если при этом вал опирается на один радиальный подшипник качения, установленный в стойке аппарата (рис.3.1 а), то такому конструктивному решению соответствует расчётная схема 1 (рис.7 прил.2). Если опорой вала служит подшипник скольжения, установленный на днище аппарата

42

(рис.3.1 б), данному конструктивному решению соответствует расчётная схема 2 (рис.8 прил.2).

2. Подвижное соединение валов (втулочно-пальцевой или зубчатой муфтой). Если опорами вала является два радиально- упорных подшипника качения (рис.3.2 а), такому решению соответствует расчётная схема 3 (рис.9 прил.2). Если верхней опорой является радиально-упорный подшипник качения, размещенный в стойке, а второй - подшипник скольжения, установленный на днище аппарата (рис.3.2 б), то данному решению соответствует расчетная схема 4 (рис10 прил.2).

Расчёт на виброустойчивость. Расчет осуществляют в следующей последовательности:

1. Определить массу единицы длины вала:

m = π × d 2

ρ, кг × м,

(3.1)

4

 

 

где ρ =7,85 ×10 3 кг/м3 - плотность материала вала; d (d6) - диаметр

вала в месте уплотнения,

м.

 

 

 

 

 

 

2. Вычислить момент

инерции поперечного

сечения

вала:

 

 

J = π × d 4 .

м4 .

 

(3.2)

 

 

64

 

 

 

 

 

 

3

Определить значение коэффициентов:

 

 

 

 

K =

M м

,

a1

=

l1

,

 

(3.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

m × L

 

 

L

 

 

где Мм

- масса мешалки,

кг (табл.43 – 46

прил.1),

l1 , L –

значения

длин соответствующих участков вала, м (по расчетной схеме и компоновке или чертежу).

4.В соответствии с выбранной расчётной схемой определить коэффициент α (рис. 7 – 10 прил.2).

5.Определить критическую скорость вала :

ωкр

 

α 2

 

EJ

 

 

 

=

 

 

,

с -1 ,

(3.4)

 

 

 

L

m

 

 

где Е = 2 • 10 11 - модуль продольной упругости вала. Проверить выполнение условия

43

ω = π × n < ωкр .

(3.5)

30

 

Если условие (3.5) не выполняется,

то необходимо увеличить

диаметр вала d6 в месте установки уплотнения (см. табл. 51 – 52 прил.1) и повторить расчет. При этом надо учесть, что эта мера приведёт к изменению размеров всех ступеней вала и деталей, расположенных на нём.

Расчёт 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:

 

 

 

е = 0.5 × 10-3 + 0,03× Dмеш ,

 

(3.6)

где Dмеш

- диаметр мешалки, м.

 

 

2.

Определить значение приведённой массы мешалки и вала

 

M пр

= М меш + qmL ,

 

(3.7)

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

 

Для 1-й расчётной схемы

q =

 

 

3

 

 

.

 

 

(4 - 2,2a )4

× a 2

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

Для 2-й расчётной схемы

q =

 

 

1

 

 

 

.

 

 

 

 

20 × a 2 a 2 × (3 + a )

 

 

 

 

 

1

2

1

 

где a2

= l2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для З-й расчётной схемы

q =

 

12

 

.

 

 

 

(4,6 - 3a1 )4 × a12

44

Для 4-й расчётной схемы

q =

1

.

 

32 × a12 a22

 

3. Определить

радиус

вращения

центра

тяжести

приведенной массы мешалки и вала:

 

 

 

r =

 

 

e

 

 

.

(3.7)

 

ω

 

 

2

1 -

 

 

 

 

 

 

ωkp

 

 

 

4. Определить центробежную силу:

 

F = М

пр

ω 2 r ,

(3.8)

ц

 

 

 

 

 

где Мпр - приведённая масса мешалки и вала, кг; r - радиус вращения центра тяжести приведённой массы, м.

5. В соответствии с выбранной

расчетной схемой

вала

определить радиальные реакции в опорах.

 

 

 

RA = -RB + Fц

 

 

RB =

3

 

 

 

 

 

L

-

1

 

Для 1-й схемы

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

× P

 

 

 

 

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2

 

 

 

 

Для 2-й схемы

R

 

 

=

Fц

 

 

×

3 × l23

× L - l23

,

R

 

 

= F - R

 

 

.

 

 

A

 

 

 

 

 

 

L3

B

A

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для З-й схемы

RA = -

 

 

 

Fц

,

 

 

RB

 

 

+

 

× Fц .

l2

 

 

= 1

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Для 4-й схемы

R

 

=

l2

 

 

F ,

 

 

 

R

 

=

l1

 

F .

 

 

 

 

 

A

L

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

ц

 

 

 

 

 

 

 

6. Построить эпюры изгибающих и крутящих моментов и определить величины изгибающих моментов в опасном сечении вала. Для 1-й расчётной схемы опасным является сечение под подшипником, для 2-й и 4-й - сечение в месте посадки мешалки, для 3-й схемы сечение под нижним подшипником.

45

7.

Определить напряжение изгиба

σ и

и

напряжение

кручения τ

в опасном сечении:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σ и =

 

Ми

,

 

н/мм2 ;

 

 

 

 

(3.9)

 

 

 

0,1d 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ =

 

T

 

,

н/мм2 .

 

 

 

 

(3.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2d

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

Рассчитать

эквивалентное

напряжение

и проверить

выполнение условия

 

 

 

 

 

 

 

£ [σ ].

 

 

 

 

 

σ экв =

 

 

 

 

 

 

 

σ и2

+ 4 ×τ 2

 

(3.11)

Значение допускаемого

 

напряжения

[σ ]

рассчитывают по

формуле

 

 

 

[σ ] =

σ −1

 

,

 

 

(3.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кσ × Smin

 

 

 

 

где σ −1

-

предел выносливости

материала вала σ −1» (0,4 - 0,5)σ в .

Значение предела прочности σ в

берут из табл.

54 прил.1. S min

-

минимальный запас прочности вала (ориентировочно S min= 2); Кσ

-

коэффициент концентрации напряжений, который для 1-й и 3-й схем: Кσ= 1,2 - 1,5 (опасное сечении под подшипником), а для 2-й и 4-й схем: Кσ = 1,5 - 2 (опасное сечение под мешалкой ослаблено шпоночным пазом).

3.7.Проверочный расчёт шпонок

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

Условие прочности:

 

σ см =

2T

£ [σ см ],

(3.13)

 

d × (h - t1 )l p

 

 

 

 

где

d - диаметр вала в месте установки шпонки; 1р = (1 в) -

рабочая длина шпонки со скругленными торцами

в мм (1-полная

46

длина шпонки); в,h,t - стандартные размеры (табл.55 прил.1, рис. 3.15); [σсм] = 80 - 150 н/мм2 - допускаемое напряжение на смятие.

Рис. 3.15. Соединение призматической

шпонкой

3.8.Проверка пригодности подшипников

Пригодность подшипников качения определяется сопоставлением расчётной динамической грузоподъемности Ср с базовой (табличной ) С.

Расчёт динамической грузоподъёмности производится по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

C

p

= P m 6 ×10−5 × n × L

h

,

(3.14)

 

E

 

 

 

где Lh срок службы (ресурс) узла; Lh

= 10 • 10 3 ÷ 20 • 10 3 ч; п - число

оборотов вала в минуту;

РЕ - эквивалентная динамическая нагрузка ;

m =3 (для шарикоподшипников).

 

 

 

 

Определение сил, нагружающих подшипники. Радиальные

нагрузки Fr на подшипники равны радиальным реакциям

RA , RB (см.

расчет вала на прочность).

 

 

 

 

 

 

 

47

Осевые нагрузки. При установке вала в шариковых радиальных подшипниках осевая сила Fa, нагружающая подшипник, равна внешней осевой силе F A, действующей на вал:

 

 

P × d 2

 

 

FA =

 

pac

- G ,

(3.15)

 

 

4

 

 

 

 

 

где Р - давление в аппарате; G - вес вала и мешалки;

dрас - расчётный

диаметр вала

в уплотнении,

установленном на крышке аппарата

(d6); dрас =d+5 мм.

При размещении вала в радиально-упорных подшипниках

осевые силы Fa, нагружающие подшипники,

находят с учётом осевых

составляющих

S

от действия

радиальных сил

Fr: для

шарикоподшипников

S = e ×Fr ;

для

роликоподшипников S

= 0,83 e ×Fr ;

где Fr - реакция наиболее нагруженной опоры (RA или

RВ); е - коэффициент осевого нагружения подшипника (табл.50).

Последовательность расчёта.

1.Для выбранного подшипника (см. конструирование вала и подшипникового узла) выписывают значения динамической С и статической грузоподъёмности С0, (табл.48,49 прил.1)3.22, 3.23).

2.По отношению FА/ С0, (табл.50 прил.1) выписывают значения коэффициента осевого нагружения е.

3.Определяют осевые составляющие.

Например, для двухопорного узла: в опоре А

S = е × F r1 ;

в

опоре В S = е × F r2 .

 

 

4. Определяют осевую результирующую

нагрузку

на

подшипники в соответствии с условиями нагружения:

 

 

Условия нагружения

 

Осевые нагрузки

 

 

 

 

S1 ³ S2 ; FA ³ 0

 

Fa1= S1

 

 

 

 

S1 < S2 ; FA ³ S2 - S1

 

Fa2 = Fa1+ FA

 

 

 

 

S1 < S2 ; FA < S2 - S1

 

Fa2 = S2 - FA

 

 

 

 

 

 

 

Fa1= Fa2- FA

 

 

5

Сравнивают отношение FA /(V× Fr) с коэффициентом е и

принимают значения коэффициентов x и у:

при FA /(V× Fr) < е:

х = 1,

у = 0; при

FA /(V× Fr ) > e

- по табл. 51 прил.1.

 

6.

Вычисляют эквивалентную динамическую нагрузку:

 

 

 

PE = (V × x × Fr

+ y × Fa )× kб × kT ,

кН ,

(3.16)

48

где V - коэффициент вращения; V = l при вращении внутреннего

кольца

подшипника; коэффициент безопасности kб

=1,1 - 1,5

(меньшее значение принимают для односменной работы,

большее -

для круглосуточной), значение температурного коэффициента kТ принимают в зависимости от рабочей температуры подшипника: kТ = 1

(при t ≤ 100° С);

kТ = 1.05 (при t

= 100 - 125° С).

При установке вала в

двух подшипниках качения

эквивалентную нагрузку РЕ рассчитывают для обеих опор и определяют наиболее нагруженную, для которой и рассчитывают динамическую грузоподъёмность.

7. По формуле (3.14) определяют грузоподъёмность Ср и сравнивают её с табличным значением.

Если Cp < С, то подшипник пригоден. Если данное условие не выполняется, необходимо применить подшипник другой серии (с большей грузоподъемностью). При этом надо учесть, что увеличение диаметра наружного кольца подшипника приведёт к изменению

размеров корпуса и крышек подшипникового узла.

 

Если второй опорой является подшипник

скольжения

(рис.3.16), то его пригодность проверяют по условиям:

 

р =

Fr

£ [р];

(3.17)

 

 

l × d

 

р ×V £ [р ×V ],

(3.18)

где р - среднее давление в подшипнике, Fr - радиальная нагрузка на

подшипник скольжения (радиальная реакция в подшипнике скольжения RБ); d диаметр вала под подшипником скольжения, l -

длина подшипника; V - скорость скольжения; V = π × d × n м/с.

60 ×1000

Условие (3.17) отражает требования к износостойкости подшипника, условие (3.18) ограничивает нагрев трущихся поверхностей. Для работы в агрессивных средах вкладыши изготавливают из графита,

при этом

 

 

[р] и [р ×V ] имеют значения: [р] = 2 МПа;

[р ×V ]=2

 

н

 

 

.

 

 

2

 

 

мм

с

 

 

49

Рис.3.16. Нижняя опора вала подшипник скольжения

Выполнение графической части проекта. Графическая часть проекта состоит из сборочных чертежей: общего вида аппарата с перемешивающим устройством и приводом (рис.11 прил.2) и отдельных узлов привода (рис.12 прил.2), корпуса аппарата, крышки аппарата (по указанию преподавателя). Каждый сборочный чертеж сопровождается спецификацией. Примеры спецификаций приведены в прил. 2 (рис.13-15). Требования к графической части и расчетно- пояснительной записке изложены в литературе [4].

50

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]