Шпоночное соединение ступицы мешалки с валом.
Крутящий момент с вала на ступицу мешалки передается при помощи призматической шпонки 3 (рис. 12), размещенной в шпоночных пазах вала 1 и ступицы 2. Боковые грани на половине своей высоты шпонки испытывают напряжения смятия sсм, а продольное сечение - напряжения среза tср. Шпонку рекомендуется изготавливать из того же материала, что и вал.
Допускаемые напряжения [s] принимаются равными нормативным допускаемым напряжениям s* (см. табл. 1).
Для ступиц мешалок рекомендуется применять высокие шпонки, размеры поперечного сечения которых (рис. 12) выбираются исходя из диаметра вала d1 на участке под ступицей
Рис. 12. Схема к расчету шпоночного соединения
Таблица 11
Размеры сечений высоких шпонок и пазов по ГОСТ 10748-79, мм (выборка для d1=0,080)
| Диаметр вала | Размеры сечений шпонок | Глубина паза | ||
| d1 | b | h | t | t1 |
| Свыше 85до 95 | 25,0 | 22,0 | 13,0 | 9,4 |
Длины призматических шпонок l (м) назначают конструктивно с учетом высоты ступицы h
lш= hс– (0,01 ¸ 0,02), (66)
lш=0,15-0,01=0,14 м
Полученное значение округляют до стандартного из ряда (по ГОСТ 23360-78): 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400.
lш=140 мм
Для шпоночного соединения (рис, 12) выполняется проверочный расчет на смятие. Шпонка испытывает смятие с двух противоположных сторон: со стороны вала (на рис. 12 в поперечном сечении нижняя часть одной из боковых поверхностей), и со стороны ступицы (на рис. 12 верхняя часть противоположной боковой поверхности)
Сила, вызывающая смятие
F=Ткр/(0,5*d1), (67)
где d1 - диаметр участка вала под ступицу мешалки (см. рис. 12).
F=1282,4/0,5*0,095=27 кН
Поверхность смятия определяется по формуле
Асм=(l - b)*(h - t), (68)
Асм= (0,14 - 0,025)*(0,022 - 0,013) = 0,000225 м2 = 1,035*10-3 мм2
Условие прочности шпонки на смятие
sсм= F/Асм £ [s]см, (69)
где sсм - напряжение смятия на боковой поверхности шпонки, Па; [s]см = 1,5*[s] - допускаемые напряжения на смятие материала шпонки, Па.
[s]см=1,5*149*106=223,5 МПа
sсм=27000 /1,035*10-3 =26,8 МПа£223,5 МПа
Условие выполняется.
Муфты
Муфта соединяет вал привода с валом мешалки и передает крутящий момент. Типоразмер муфты зависит от типа привода и диаметра вала. В приводах II и IV типов используются фланцевые муфты, в приводе I типа - продольно-разъемная муфта. Муфты, выбранные по диаметру вала при эскизной компоновке аппарата, проверяются на нагрузочную способность по условию
Тр.м = Ткр/(h2*h3) £ Тном, (70)
где Тр.м – расчетный крутящий момент на участке вала под муфту, Н*м; h2, h3 – соответственно КПД подшипников и уплотнения, вводимые в расчет с учетом схемы привода (см П. 3.2.1); Тном - номинальный (допускаемый) крутящий момент для выбранного типоразмера муфты, Н*м
Тр.м=1282/0,98=1,3 кНм£2,0 кНм
Условие выполняется.
Уплотнения
Проверочный расчет сальникового уплотнения выполняется в предположении, что герметичность уплотнения будет обеспечена, если боковое давление набивки на вал рх в ее нижней части будет не менее избыточного давления среды ри (рис. 13). При этом требуемое давление втулки на сальниковую набивку рс (Па):
рс=ри*exp((4*m*k*h)/(dk - d))/k, (71)
где k = px/py – коэффициент бокового давления сальниковой набивки; m -коэффициент трения между набивкой и валом, набивкой и стенкой камеры (среднее значение); h - высота набивки, м; d, dk – соответственно диаметр вала и камеры, м.
Рекомендуемые значения коэффициентов:
Набивка ФФ по ГОСТ 5152-84 (фторолоновая, пропитанная суспензией фторопласта, tmax 100 0С) k = 0,5; m = 0,08;
Уплотнение для вала, диаметром 95 мм. диаметр камеры dk=120 мм; высота набивки h=110 мм.
рс=0,2*106*exp((4*0,08*0,5*0,11)/(0,12 - 0,095))/0,5 = 0,8 МПа
Усилие затяга шпилек нажимной втулки определяется по формуле
Fз=p*(dk2 – d2)*pc/(4*z), (72)
где z - число шпилек.
z=12
Fз=3,14*(0,122 – 0,0952)*0,808/(4*12) = 284,1 Н
Рис. 13. Схема к расчету сальникового уплотнения: 1 – вал; 2 – втулка нажимная; 3 – набивка; 4 – корпус; 5 – шпилька
Шпильки проверяются на прочность по условию
s = 1,3*Fз/Аб £ [s]ш, (73)
где s - расчетное напряжение, Па; 1,3 - коэффициент, учитывающий напряжения кручения, возникающие при затяжке шпилек в процессе эксплуатации уплотнения; Аб - расчетная площадь сечения шпильки, определяемая по табл. 11 ; [s]ш - допускаемое напряжение для материала шпильки, Па.
[s]ш= 126000000 Па=126 МПа
s=1,3*284,1 /0,000324 = 1,13 МПа £ 126 МПа.
Условие выполняется.
Заключение.
Проведены расчёты элементов корпуса и механического перемешивающего устройства. Все расчётные величины в разделах взаимосвязаны и приведены в строгое соответствие друг с другом.
В ходе расчётов возникли ситуации, когда было необходимо применять нестандартные решения, т.е. применять нестандартные типовые элементы. В частности, для мешалки необходимо увеличить толщину лопасти из –за невыполнения условия прочности. В остальных элементах аппарата допустимо использование стандартных деталей.
Было также проведено исследование фланцевого соединения люка, т.к. у аппарата нет отъёмной крышки оно в настоящей пояснительной записке приведено.
Не смотря на небольшую высоту аппарата необходимо использовать опоры – лапы, т.к. используется коническое днище.
Был проведен расчет сальникового уплотнения – все условия выполняются.
По данным расчетам аппарат готов к эксплуатации в соответствии с техническими требованиями.