Материал: Vasilyev_09_03_2017

Рис. 7.1.

Конструкция привода

7.3.3. Расчет оболочек, нагруженных внутренним давлением

Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки

,

где – внутренний диаметр корпуса;

- расчетное давление;

- допускаемое напряжение;

- коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки, для стыковых и тавровых швов с двусторонним проваром и выполненных автоматической сваркой:

– поправка на коррозию;

– прибавка для округления до стандартного значения.

По сортаменту выбираем толщину стенки S=10^-0,8мм;

S_min=9,2-2=7,2 мм;

Расчет эллиптической крышки и конического днища.

По сортаменту S=10^-0,8 мм, S_min = 9,2, S_min= 9,2 - 2= 7,2 мм

Расчетный диаметр конического днища:

По сортаменту S=10мм.

7.3.4. Расчет обечайки, нагруженной наружным давлением

Определяем предварительно толщину стенки цилиндрической обечайки.

Внутренний диаметр D=2000 мм. Длина обечайки h_u=1800 мм. От крышки аппарата обечайка отделена фланцем толщиной > 80 мм. Для уменьшения краевых напряжений между днищем аппарата и обечайкой вварено тороидальное кольцо толщиной 30 мм (рис. 7.1), длиной 50 мм, радиусом 50мм.

Корпус аппарата выполнен из стали 0X23H28. Допускаемое напряжение [σ]=122 Мпа. Избыточное давление в рубашке P_н.р.=0,4 МПа. Модуль упругости Е=1,86∙10⁵ МПа. Коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии n_у=2,4.

Обечайка благодаря фланцу и тороидальному кольцу работает независимо от конического днища [14, с. 43].

Определяем коэффициенты номограммы [14].

Расчетная длина обечайки (без отбортовки) L_p=1800.

Тогда из номограммы [14] (стр. 37) K₂=0,65

Допускаемое давление из условия прочности:

Допускаемое давление из устойчивости l_p=2000 мм

l_p < l_o

Допускаемое наружное давление с учетом обоих условий в рабочем состоянии:

Далее расчет обечайки совместно с днищем и крышкой на устойчивость в системе APM WIN Machine при наружном давлении P_нр = 0,72 МПа показал соответствие коэффициента запаса устойчивости n_y ≈2,4.

Толщина стенки обечайки, днища и крышки аппарата определилась из расчета на устойчивость при внешнем давлении

P_нр=0,4 МПа <[p]=0,718 МПа

Конструкция корпуса представлена на рис.7.2.

Рис.7.2

Конструкция корпуса

7.3.5. Подбор уплотнения

Подбираем торцовое уплотнение.

Торцовое уплотнение обладает рядом преимуществ: оно работает с незначительной утечкой газа; в период нормальной работы не требует обслуживания; правильно подобранное торцовое уплотнение отличается большой устойчивостью и долговечностью.

Самый ответственный элемент торцового уплотнения – пара трения. Обычно одно кольцо изготовляют из более твердого материала. Наиболее широко применяются следующие материалы в различных комбинациях: кислотостойкая сталь, бронза, керамика, графит, фторопласт и твердая резина. Также выбор уплотнения обусловлен относительно высоким внутренним давлением. Торцовое уплотнение подбираем по диаметру проходного вала, в нашем случае он составляет 60мм. Основные размеры торцового уплотнения представлены на эскизе. Все размеры на эскизе указаны в мм. Масса торцового уплотнения под диаметр вала составляет 75кг.

7.3.6. Расчет элементов механического перемешивающего устройства

Расчет вала перемешивающего устройства на виброустойчивость

Должно выполняться условие:

, где ω₁ – первая критическая угловая скорость вала, _;

ω – угловая скорость вала,

- расчетная длина вала, м;

Относительная масса вала:

Е = 2∙10⁵ МПа– модуль упругости для материала вала;

I – момент инерции поперечного сечения вала, м⁴;

α – корень частного уравнения, определяется по графикам.

.

Следовательно,

0,7∙18,57 = 13

5,2 < 13 – условие выполняется.

Расчет вала на прочность

Проведем расчет вала на кручение и изгиб.

Напряжение от крутящего и изгибающего моментов определяются соответственно по формулам.

;

.

Расчетный изгибающий момент М от действия приведенной центробежной силы F_ц определяется в зависимости от расчетной схемы вала:

m_пр – приведенная сосредоточенная масса вала, кг;

r – радиус вращения центра тяжести приведённой массы вала;

q – коэффициент приведения массы к сосредоточенной массе.

, где - эксцентриситет массы перемешивающего устройства с учетом биения вала, м;

- эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства, м;

σ – допускаемое биение вала; .

Найдем реакции в опорах:

:

:

Проверка:

-R_A + R_B – F_ц = 0

-15,8+18-2,2 = 0

M_A = 0

M_B = l₂∙R_B = 0.400∙18 = 7,2 H∙м

;

.

11,6 МПа < 118,8 МПа – условие выполняется.

Расчет вала на жесткость

Рис. 7.5. Расчетная схема

реального и приведенного валов

Расчет вала на жесткость заключается в определении допускаемой величины прогиба. Производится из следующего условия:

J_max.  [J] ,

где [J] – допускаемый прогиб вала, в том месте, где вал входит в аппарат (в уплотнение), мм; [J] = 0,1 мм;

,

где I – осевой момент инерции сечения вала, м ⁴;

l₂ = 400 мм

l₁ = 2855 мм

- условие выполняется.

Определим угол поворота в сферическом подшипнике:

При этом необходимо, чтобы выполнялось условие _В  [], где наибольший допускаемый угол поворота для радиальных сферических шарикоподшипников [ ] = 0,05 рад.

- условие выполняется.

7.3.7. Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности

Рис. 7.6. Расположение подшипников на валу

Для вала вертикального перемешивающего устройства подбираются следующие подшипники:

1. В верхнюю опору устанавливаются подшипники шариковые упорные двойные и шариковые радиальные однорядные.

2. В нижнюю опору устанавливается двухрядный сферический радиальный шариковый подшипник качения для компенсации биений вала во время работы мешалки.

Подшипники подбирают по каталогу, исходя из расчетной схемы, по предельной грузоподъем­ности, а затем выполняют проверочный расчет на долговечность.

Из конструкции опор следует, что большую осевую нагрузку на вал воспринимает только упорный подшипник 38212Н в опоре А. Подшипники 212 (опора А) и 1212 воспринимают только радиальные усилия. Такая конструкция опор является надежнее конструкции, состоящей из одного радиального подшипника.

7.3.7. Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности

Опора А:

В верхнюю опору под диаметр вала 55 мм подбираем:

- радиальный однорядный шариковый подшипник 212;

= 52 кН – динамическая грузоподьемность;

= 34,2 кН – статическая грузоподьемность.

- упорный двойной 38212:

=65 кН – динамическая грузоподьемность;

= 150 кН – статическая грузоподьемность;

В нижнюю опору под диаметр вала 60 мм подбираем шариковый радиальный сферический подшипник 1212.

Опора В:

=30 кН ;

= 16кН.