Кафедра прикладной механики и основ конструирования
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по прикладной механике на тему:
Проектирование вертикального аппарата с приводом и мешалкой
Консультант: CENSORED BY CIA AND MOSSAD
Студент: CENSORED BY CIA AND MOSSAD
CENSORED BY CIA AND MOSSAD
Ввведение
Во многих технологических процессах применяются емкостные аппараты с мешалками, которые работают под давлением.
Основным элементом аппарата является цилиндрическая обечайка. Вертикальное исполнение тонкостенных аппаратов следует предпочитать горизонтальному исполнению, т.к. в горизонтальных аппаратах появляются дополнительные изгибающие напряжения от силы тяжести самого аппарата и среды.
Вертикальные обечайки закрываются снизу и сверху, а горизонтальные – с боков деталями, которые называются днищами. В отличие от днищ, имеющих с обечайкой неразъемное соединение, крышки являются неотъемными частями аппаратов. Днища и крышки изготавливаются из того же материала, что и обечайки.
Присоединение к аппаратам крышек и соединение отдельных частей аппаратов осуществляется с помощью фланцев. Герметичность фланцевых соединений обеспечивается прокладками.
Присоединение к аппаратам трубопроводов и контрольно-измерительных приборов осуществляется с помощью штуцеров. Преимущественным распространением пользуются фланцевые штуцеры, реже встречаются штуцеры резьбовые.
Для осмотра аппарата, загрузки сырья и чистки аппарата, а также для сборки и разборки внутренних устройств служат люки и лазы. При съемных крышках аппараты могут быть без люков.
Установка аппаратов на фундаменте осуществляется с помощью лап и опор.
Перемешивание жидких сред в аппаратах производится либо механическим, либо пневматическим способом. Механическое перемешивание осуществляется мешалками.
Для приведения во вращение механических перемешивающих устройств служат приводы, состоящие из электродвигателей, редукторов, ременных передач и муфт.
Редукторы устанавливаются на крышках вертикальных аппаратов с помощью стоек и опор.
Вал перемешивающего устройства вводится в аппарат через уплотнение, обеспечивающее герметичность. Уплотнение вала производится либо с помощью сальника, либо торцевым уплотнением.
Жидкость из аппарата удаляется через нижний штуцер, либо по трубе передавливания.
Аппаратура под давлением, повреждение которой может привести к несчастному случаю, должна отвечать требованиям инспекции Государственного горно-технического надзора. Аппараты, подведомственные Госгортехнадзору, раз в три года подвергаются осмотру и раз в шесть лет – гидравлическому испытанию. Аппараты с токсичными и взрывоопасными средами находятся под особым надзором. Их эксплуатация проводится по специальным инструкциям.
К сварке аппарата, работающего под давлением, допускают только дипломированного сварщика.
Обогрев аппаратов осуществляется обычно с помощью рубашек, диаметр которых принимают на 40-100 мм больше диаметра аппарата. Рубашку приваривают к корпусу аппарата. Обогревающую жидкость подают в рубашку через нижний штуцер, а удаляют через верхний, чтобы рубашка была всегда заполнена теплоагентом. Обогревающий пар подают в рубашку через верхний штуцер, а через нижний отводят конденсат.
I. Расчет кинематической схемы привода.
Исходные данные: Р2=2.7 кВт, n2=120 об.мин
1. Определение требуемой мощности.
Nтр= N2/hобщ , где hобщ – общий КПД привода= hкл.р. hчерв. h5подш
[1], c 5, табл. 11: принимаем hкл.р= 0,95; hчерв= 0,85; hподш= 0,99
Имеем:
hобщ=0,95.0,85.(0,99)5=0,767924
Nтр=2,7/0,767924=3,516 кВт
2. Подбор электродвигателя.
Nэл> Nтр
[1], c 390: Nэл= 4кВт, nсинхр=3000 об.мин, S=3,3%
nном=nсинх(1-S)=2901 об.мин
Дигатель – 4A100S2
 |
427 235
 | |||
 |
63 132 160
3.Определение общего передаточного отношения.
Uоб=nном/n2 =2901/120= 24,175
Uоб=Uчерв. iкл.р. [1], c.54 ГОСТ 2144-76 принимаем Uчерв=10
iкл.р = Uоб / Uчерв=24.175/10=2,4175
2< iкл.р <4
2<2,4175<4 – верно.
4. Определение характеристик валов
а) Вал электродвигателя.
Nтр=3,516 кВт
nном=2901 об/мин
Мэд=9550. Nтр / nном=9550. 3,516/2901=11,574 н.м
б) Ведущий вал.
N1= Nтр.hкл.р(hпш.)3=3,516.0,95.(0,99)3=3,24 кВт
n1= nном /hкл.р= 2901/2,4175=1200 об/мин
М1=9550.N1/n1=9550.3,24/1200=25,785 н.м
в) Ведомый вал.
N2=N1. hчерв.(hпш)=3,24.0,85.0,99=2,726 кВт
n2=n1/Uчерв=1200/10=120 об/мин
М2=9550N2/n2=9550.2,726/120=217,0455 н.м
II. Расчет клиноременной передачи.
Исходные данные:
Nтр=3,516 кВт ; n1=2901 об/мин ; iкл.р= 2,4175; e=0,015; Mэд=11,574 н.м
1. По номограмме [1] c. 134 т. 73 в зависимости от частоты вращения меньшего шкива 2901 об/мин и передаваемой мощности Nтр=3,516 кВт принимаем сечение клинового ремня А
2. Диаметр меньшего шкива
 |  | ||
d1»(3¸4) 3 Mэд = (3¸4) 3 11,57.103 = 67,852¸90,468 мм
Согласно [1] c. 132 т. 78 и с ГОСТ 17383-73 принимаем d1=71 мм
3. Диаметр большего шкива
d2=d1.iкл.р(1-e)=71.2,4.0,985=169,0679
Согласно ГОСТ 17383-73 принимаем d2=180 мм
4. Уточнение передаточного отношения.
iкл.р= d2/ d1.(1-e)=180/71.0,985=2,573
Ошибка |(2,57-2,4175)/2,4175|.100%=6,4%
Окончательно принимаем d1=71 мм и d2=180 мм.
5. Межосевое расстояние ap
amin= 0,55(d1+d2)+T0, где Т0 = 8 мм – высота сечения ремня [1] c. 131, т 7.7
amin= 0,55(71+180)+8=146,05 мм
amax= d1+d2= 251 мм
Принимаем ap = amax=251 мм
6. Расчетная длина ремня.
Lp=2ap +0,5p(d1+d2)+ (d1+d2)2/4ap =2.251+0,5.3,14.251+1092/4.251=908 мм
Согласно [1] c. 131 т. 7.7 принимаем Lp=1000 мм
7. Уточнение межосевого расстояния с учетом стандартной длины ремня Lp.
ap =0,25[(L-w)+ (L-w)2-2y ]
w=0,5p(d1+d2)=394,07 мм
y=(d2-d1)2=11881
ap =0,25[(1000-394,07)+ (1000-394.07)2 -2.11881 ] = 297,8151 мм
8. Угол обхвата меньшего шкива.
a=180°-57.(d2-d1)/ ap =180°-57.109/298=159°
9. Коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации передачи.
[1] c. 136, т. 7.10 для привода к ленточному конвейеру при односменной работе
Ср=1,0
10. Коэфициент, учитывающий влияние длины ремня.
[1], c. 135, т. 7.9 CL=0,95
11. Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата.
При a=159° Сa= 0,95 ([1], c. 331)
12. Коэффициент, учитывающий число ремней в передаче.
Предполагая, что число ремней в передаче будет от 2 до 4 и, согласно [1] c. 135 примем Cz=0,95
13.Число ремней в передаче.
Z= (Nтр. Ср)/(P0 . Сa. Cz. CL)=3,516.1/(0,95)3.1,06=3,87; Принимаем Z=3
14. Натяжение ветви клинового ремня.
F0=(850 Nтр . Ср. CL / Z.V. Сa)+qV2
q - коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил. Принимаем q=0,06
V – скорость=0,5wдв.d1=0,5.300,5.80.103=12,02 м/с
F0=(850.3,51.1.0,95/4.12,02.0,95)+ 0,06.(12,02)2=70,72 м.
15. Давление на валы.
Fв= 2F0.Zsin(a1/2)=2.70,72.4.sin79,5=556,286 H
16. Ширина шкивов Вш
Вш=(z-1)e+2f; [1] c.138 т. 7.12: e=12, f=8
Вш=(4-1).12+2.8=36+16=52 мм
 |
298
III. Расчет червячной передачи.
Исходные данные М2=217,0455 мм; n1=1200 об/мин; Uчерв=10
I. Проектный расчет на выносливость по контактным напряжениям.
1. Червяк: Сталь 45, HRC>45 (из предположения, что V3<10 м/с)
Червячное колесо: центр – чугун; венец – Бр010Ф1, отливка в коксиль.
Согласно [1] с. 66, т. 4.8 :
а) Основное допускаемое контактное напряжение [sн]’=221 МПа
расчетное допускаемое контактное напряжение:
[sн]= [sн]’. KHL; KHL – коэффициент долговечности = 0,67 ([1], с. 67)
[sн]=221.0,67=148 МПа
б) Основное допускаемое напряжение для реверсивной работы [s-1F]’=51 МПА
расчетное допускаемое напряжение изгиба для реверсивной работы
[s-1F]= [s-1F]’. KFL; KFL – коэффициент долговечности=0,543 ([1], c. 67)
[s-1F]=51. 0,543=28 МПа
2. Выбор числа заходов червяка и числа зубьев колеса:
а) Число заходов червяка: при Uчерв=10 Z1=2 ([1], c. 67)
б) Число зубьев червячного колеса Z2= Uчерв. Z1=20
3. Определение межосевого расстояния
Принимаем q=10 (коэффициент диаметра червяка); К=1,2 (коэффициент нагрузки)
 |
aw=({z2/q}+1) 3 [(170/(z2.[sн]/q))2M2.K] =132,3
4. Расчетный модуль зацепления
m=2aw/(q+z2)=2.132,2/(10+20)= 8,82
По ГОСТ 2144-76 и в соответствии с [1], c. 56 , т. 4.2 принимаем m=10 мм (при q=10)
5. Уточнение межосевого расстояния.
aw= m(q+z2)/2= 8(20+30)/2 = 150
6. Определение геометрических размеров передачи
а) Червяк
1. Делительный диаметр
d1=qm=10.10=100 мм
2. Диаметр вершин витков червяка
da1=d1+2m=100+20=120 мм
3.Диаметр впадин витков червяка
df1=d1-2,4m=100-24=76 мм
4. Длина нарезной части шлифованного червяка
b1>(11+0,06Z2)m+35=145 мм
5. Делительный угол подъема g
Cогласно [1] c. 57, т. 4.3: при Z1=2 q=10, g=11°19’
б) Червячное колесо.
1. Делительный диаметр.
d2=Z2m=20.10=200 мм.
2. Диаметр вершин зубьев колеса.
da2=d2+2m=200+20=220 мм.
3. Диаметр впадин зубьев колеса
df2=d2-2,4m=200-24=176 мм
4. Наибольший диаметр червячного колеса.
daM2<da2+6m/(z1+2)=220+60/4=235 мм
5. Ширина венца колеса
b2<0,75 da1=0,75.120=90 мм
в) Окружная скорость червяка
V1=pd1n1/60=3,14.100.10-3 .1200/60=3,95 м/с
г) Скорость скольжения
Vs=V1/cosg=3,95/cos(11°19’)=4 м/с
Предположение, что скорость скольжения Vs будет более 10 м/c, не оправдалось, следовательно, материал для червяка и червячного колеса выбран необоснованно.
д) Уточнение КПД редуктора.
По [1], c. 59, т. 4.4: При Vs=4 м/с при шлифованном червяке приведенный угол трения r=1°7’
h=0,955tgg/tg(g+r)=0,955tg(11°19’)/tg(12°26’)=0,913
7.Уточнение коэффициента нагрузки