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.

 

N_тр= N₂/h_общ, где h_общ – общий КПД привода= h_кл.р^. h_черв^. h⁵_подш

 

[1], c 5, табл. 11: принимаем h_кл.р= 0,95; h_черв= 0,85; h_подш= 0,99

Имеем:

h_общ=0,95^.0,85^.(0,99)⁵=0,767924

N_тр=2,7/0,767924=3,516 кВт

 

2. Подбор электродвигателя.

 

N_эл> N_тр

[1], c 390: N_эл= 4кВт, n_синхр=3000 об.мин, S=3,3%

n_ном=n_синх(1-S)=2901 об.мин

Дигатель – 4A100S2

 

 

427 235

 

63 132 160

3.Определение общего передаточного отношения.

 

U_об=n_ном/n₂ =2901/120= 24,175

U_об=U_черв^. i_кл.р. [1], c.54 ГОСТ 2144-76 принимаем U_черв=10

i_кл.р = U_об / U_черв=24.175/10=2,4175

2< i_кл.р <4

2<2,4175<4 – верно.

 

4. Определение характеристик валов

 

а) Вал электродвигателя.

 

N_тр=3,516 кВт

n_ном=2901 об/мин

Мэд=9550^. N_тр / n_ном=9550^. 3,516/2901=11,574 н^.м

 

б) Ведущий вал.

 

N₁= N_тр^.h_кл.р(h_пш.)³=3,516^.0,95^.(0,99)³=3,24 кВт

n₁= n_ном /h_кл.р= 2901/2,4175=1200 об/мин

М₁=9550^.N1/n1=9550^.3,24/1200=25,785 н^.м

 

в) Ведомый вал.

 

N₂=N₁^. h_черв^.(h_пш)=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:

N_тр=3,516 кВт; n₁=2901 об/мин; i_кл.р= 2,4175; e=0,015; M_эд=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 N_тр=3,516 кВт принимаем сечение клинового ремня А

2. Диаметр меньшего шкива

d₁»(3¸4) ³ M_эд = (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^.i_кл.р(1-e)=71^.2,4^.0,985=169,0679

Согласно ГОСТ 17383-73 принимаем d₂=180 мм

 

4. Уточнение передаточного отношения.

i_кл.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 a_p

a_min= 0,55(d₁+d₂)+T₀, где Т₀ = 8 мм – высота сечения ремня [1] c. 131, т 7.7

a_min= 0,55(71+180)+8=146,05 мм

a_max= d₁+d₂= 251 мм

Принимаем a_p = a_max=251 мм

 

6. Расчетная длина ремня.

Lp=2a_p +0,5p(d₁+d₂)+ (d₁+d₂)²/4a_p =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.

a_p =0,25[(L-w)+ (L-w)²-2y ]

w=0,5p(d₁+d₂)=394,07 мм

y=(d₂-d₁)²=11881

a_p =0,25[(1000-394,07)+ (1000-394.07)² -2^.11881 ] = 297,8151 мм

 

8. Угол обхвата меньшего шкива.

a=180°-57^.(d₂-d₁)/ a_p =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

С_р=1,0

 

10. Коэфициент, учитывающий влияние длины ремня.

[1], c. 135, т. 7.9 C_L=0,95

 

11. Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата.

При a=159° С_a= 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 C_z=0,95

 

13.Число ремней в передаче.

Z= (N_тр^. С_р)/(P₀ ^. Сa^. C_z^. C_L)=3,516^.1/(0,95)^3.1,06=3,87; Принимаем Z=3

 

14. Натяжение ветви клинового ремня.

F₀=(850 N_тр ^. С_р^. C_L / Z^.V^. С_a)+qV²

q - коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил. Принимаем q=0,06

V – скорость=0,5w_дв^.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 В_ш

В_ш=(z-1)e+2f; [1] c.138 т. 7.12: e=12, f=8

В_ш=(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 [s_н]’=221 МПа

расчетное допускаемое контактное напряжение:

[s_н]= [s_н]’^. K_HL; K_HL – коэффициент долговечности = 0,67 ([1], с. 67)

[s_н]=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]’. K_FL; K_FL – 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 U_черв=10 Z₁=2 ([1], c. 67)

б) Число зубьев червячного колеса Z₂= U_черв^. Z₁=20

 

3. Определение межосевого расстояния

Принимаем q=10 (коэффициент диаметра червяка); К=1,2 (коэффициент нагрузки)

a_w=({z2/q}+1) ³ [(170/(z2.[s_н]/q))²M₂^.K] =132,3

 

4. Расчетный модуль зацепления

m=2a_w/(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.

a_w= 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

d_a1=d₁+2m=100+20=120 мм

3.Диаметр впадин витков червяка

d_f1=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.

d_a2=d₂+2m=200+20=220 мм.

 

3. Диаметр впадин зубьев колеса

d_f2=d₂-2,4m=200-24=176 мм

 

4. Наибольший диаметр червячного колеса.

da_M2<d_a2+6m/(z₁+2)=220+60/4=235 мм

 

5. Ширина венца колеса

b₂<0,75 d_a1=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

V_s=V₁/cosg=3,95/cos(11°19’)=4 м/с

Предположение, что скорость скольжения V_s 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 V_s=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