Аппарат с мешалкой
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
под напрессованным на него нижним подшипником привода. В этом сечении вала изгибающие моменты МFц и МFм от действия центробежной силы и поперечной гидродинамической силы - максимальны.
Суммарный эксцентриситет, т.е. смещение центра масс мешалки относительно оси вращения из-за неточности изготовления и сборки вала и мешалки - это сумма собственного эксцентриситета мешалки ем и половины биения вала ?, т.е.
е=ем+0,5?(72)
рекомендуется принять ем=4*10-4*е (где е -длина вала, м) =>
ем=4*10-4*6,02=24,08*10-4 м; ?=0,001 м.
е=24,08*10-4+0,5*0,001=29,08*10-4 м
С учетом динамического прогиба уд и приведенной суммарной массы мешалки и вала mпр(68) центробежная сила равна, Н
Fц=mпр?2(уд+е)=mпр?2е[1/(1-(?/?кр)2](73)
Fц=124,3*2,62*29,08*10-4*[1/(1-(2,6/10,6)2]=2,6 Н
Приведенная к мешалке среднее значение максимальной поперечной гидродинамической силы (с учетом гидродинамического сопротивления вала), Н
Fм=(2,6kмkв?с?2dм6) / 3v (D2Hс)2(74)
где kм - коэффициент сопротивления мешалки (для лопастной в гладкостенном аппарате kм=0,012); kв?1,1 - коэффициент, учитывающий гидродинамическое сопротивление вала; ?с - плотность среды, кг/м3; ? - угловая скорость вала мешалки, рад/с; dм - диаметр мешалки, м; D - внутренний диаметр корпуса, м; Hс - высота жидкости в аппарате, м.
Fм=(2,6*0,012*1,1*840*2,62*1,86) / 3v (32*3,6)2=651 Н
Средние ?m,?m и максимальные амплитуды ?а,?а значения напряжений в опасном сечении вала, Па
?m=МFц/Wн.о=Fце1/Wн.о(75)
?а=МFм/Wн.о=Fме1/Wн.о(76)
?m=?кр=Ткр/Wр(77)
?а?0,2?кр(78)н.о=?d3/32(79)
Wр=?d3/16(80)
где Wн.о,Wр соответственно, осевой и полярный моменты сопротивления сечения вала, м3; е1 - длина консольной части вала (60), м; d - диаметр вала (d=95 мм), м; Ткр - крутящий момент (57), Нм.
н.о=3,14*0,0953/32=84,13*10-6 м3
Wр=3,14*0,0953/16=168,26 10-6 м3
?m=(2,6*5,22)/(84,13*10-6)=0,16*106 Па=0,16 МПа
?а=(651*5,22)/(84,13*10-6)=40,39*106 Па=40,39 МПа
?m=?кр=2692/(168,26*10-6)=16*106 Па=16 МПа
?а?0,2*16*106=3,2*106 Па=3,2 МПа
Коэффициенты запаса прочности вала по нормальным и касательным напряжениям определяются с учетом по формулам
S?=?-1/[(1/kу)(k?/kd+kF?-1)?а+???m](81а)
Где:
?-1??в(0,55-10-10?в)?410*106*(0,55-10-10*410*106=208,69*106 Па=
=208,69 МПа
предел выносливости по нормальным напряжениям при симметричном цикле, Па;
?в - предел прочности материала вала (для стали 20 при 200С ?в=410*106 Па);у - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (участок вала подлежит термообработке kу?1,25);? - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;d - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (k?/kd=3,31);
kF? - коэффициент влияния шероховатости (kF?=1,1);
???(0,02+2*10-10?в)=(0,02+2*10-10*410*106)=0,102
коэффициенты чувствительности материала к ассиметрии цикла по нормальным напряжениям.
S?=208,69*106/[(1/1,25)*(3,31+1,1-1)*40,39*106+0,102*0,16*106]=2
S?=?-1/[(1/kу)(k?/kd+kF?-1)?а+???m](81б)
Где
?-1=0,6?-1=0,6*208,69*106=125,214*106 Па=125,214 МПа
предел выносливости по касательным напряжениям при симметричном цикле, Па;? - эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;d - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (k?/kd=1,98);
kF? - коэффициент влияния шероховатости (kF?=1,05);
??=0,5??=0,5*0,102=0,051
коэффициенты чувствительности материала к ассиметрии цикла по касательным напряжениям.
S?=125,214*106/[(1/1,25)(1,98+1,05-1)*3,2*106+0,051*16*106]=20,8
Общий коэффициент запаса прочности S должен превышать минимально допустимое значение коэффициента запаса прочности для вала мешалки [S]=2
S=S?S?/ v (S?2+S?2) ? [S](82)=2*20,8/ v (22+20,82)=2=[S]
.2.2 Мешалки
Стандартные мешалки, выбранные по типу и диаметру, предварительно проверяют по допустимому крутящему моменту [T]кр.
Tкр ? [T]кр(83)
где Tкр - расчетный крутящий момент (57), Н*м.
кр =2,7 кН*м < [T]кр=2 кН*м > условие не выполняется.
Допустимый крутящий момент [T]кр указанный в стандартах не учитывает характеристик конкретного материала, из которого изготовлена мешалка, а также условий эксплуатации. Материал мешалок принимается таким же, как материал стенок корпуса аппарата, соприкасающийся с рабочей средой: допускаемые напряжения при расчетной температуре [?]=?*=142*106 Па. Если условия прочности не выполняются, подбирают более прочный коррозионно-стойкий материал, увеличивают толщину лопасти (перекладины, ребра жесткости) или 2-3 раза снижают срок службы мешалки. При назначении увеличенной толщины лопасти мешалка становится нестандартной. С целью проверки прочности мешалки, предназначенной для работы в течение заданного срока службы необходимо выполнить ряд расчетов.
Рис.7 - Лопастная мешалка типа 07
Расчетная толщина лопасти Sлр и ребра жесткости Sрр, м:
лр=Sл-2с(84а)рр=Sр-2с(84б)
где Sл,Sр - исполнительные толщины лопасти и ребра жесткости мешалки (Sл=Sр=14 мм), м;
с - односторонняя прибавка для компенсации коррозии, мм.
лр=Sрр=14-2*1=12 мм
а) Расчет лопастных мешалок.
Сила, вызывающая изгиб лопасти, Н:
Fл=Tкр/0,4dмzл(85)
где Tкр - расчетный крутящий момент (57), Н*м;
,4dм - условный радиус приложения сосредоточенной гидродинамической силы;
zл=2 - число лопастей у мешалки.
Fл=2692/0,4*0,18*2=1869 Н
Изгибающий момент Ми в месте приварки лопасти к ступице определяется с учетом условного радиуса приложения сосредоточенной гидродинамической силы, Нм:
Ми=Fл(0,4dм-0,5dс)(86)
Ми=1869*(0,4*1,8-0,5*0,15)=1205,5 Н*м
Рис. 8 Схема к расчету сты