2.2. Расчёт лопастной мешалки на прочность
Расчётный крутящий момент с учётом пусковых нагрузок
(2.1)
где Кд – коэффициент динамичности, Кд = 2,
N – номинальная мощность двигателя привода,
ω – угловая скорость вала мешалки,
Рисунок 2.3 – Расчётная схема лопастной мешалки
Изгибающий момент в сечении стыкового шва лопасти:
(2.2)
где z – число лопастей (перекладин) мешалки.
Определение положения центра тяжести сечения
мм,
5,55 =
32,45мм,
где s1 = s = 12 мм,
h1 = 0,4 · d3 – s1 = 0,4 · 95 – 12 =26 мм.
Определение осевого момента инерции
(2.3)
Расчётный осевой момент сопротивления стыкового шва
,
(2.4)
где ymax = max (y1, y2).
Условие прочности
= 139 МПа, (2.5)
где
– допускаемое напряжение сварного шва,
φ
– коэффициент сварного шва,
– допускаемое напряжение для выбранного
материала мешалки при расчётной
температуре среды.
2.3. Расчёт шпонки в ступице мешалки
Рисунок 2.4 – Соединение шпонкой
Выполняется проверочный расчет шпоночного соединения. Условие прочности шпонки на смятие:
Напряжение
смятия
= F/Асм
= 2Мкр/[(l-b)(h-t)d1]
≤ [
]
= 160 МПа (2.15)
[ ] - напряжение смятия на боковой поверхности шпонки; d1 – диаметр под мешалкой (меньше диаметра вала dв); l = h – 20 мм – расчетная длина шпонки; h - высота из из таблицы «Мешалка»; l – исполнительная длина шпонки, выбираем ближнее число из ряда длин шпонок.
Длина шпонки l = h - 20 = 110 – 20 = 90 мм
Ширина b=14
мм, высота h
= 9 мм, глубина t
= 5,5 мм
Условие прочности выполняется.
На срез: τср = F/Аср = 2Мкр/[(lb)d] ≤ [τ]ср = 90 МПа (2.16) [τ]ср - напряжение среза
Условие прочности выполняется.
2.4. Расчёт вала мешалки на виброустойчивость
Расчет быстроходных валов предусматривает проверку вала на виброустойчивость, цель которой исключить из рабочих скоростей вращения вала опасную зону критических оборотов. Критическая скорость вращения вала возникает при резонансе - совпадении частоты вращения с частотой его собственных поперечных колебаний. В зоне резонанса прогибы вала и соответственно напряжения в материале становятся весьма значительными и опасными. Для безопасной работы конструкции установлены следующие ограничения, являющиеся условиями виброустойчивости:
ω ≤ 0,7
-
для жестких валов;
ω ≥ 1,35 - для гибких валов;
где ω - угловая скорость вращения вала; - первая критическая угловая скорость вала, равная угловой скорости собственных поперечных колебаний вала с установленными на нем вращающимися деталями (мешалки, роторы и др.).
Диаметр вала d=65 мм.
Расчётная
длина вала L=
мм.
L
= l2+h1+hопоры+Hкр+
+2·(150 – 15 +Hфл)+Hоб-
-100=450+500+50+350+60+2
(150-15+185)+2290-100=4240
мм
Приведённая масса:
mпр
=mм
+ q·mв
= 11 + 0,217·
= 34,95 кг,
где mМ – масса мешалки, mв – масса вала:
(2.7)
– плотность
материала вала (сталь), ρст
= 7,85 · 103
кг/м3,
q – коэффициент привидение распределённой массы вала к сосредоточенной массе мешалки:
, (2.8)
где
– относительные длины,
Рисунок 2.5 – Зависимость коэффициента q от относительной длины
Приведённая жёсткость:
где L – расчётная длина вала, Е – модуль упругости первого рода,
Ix – осевой момент инерции поперечного сечения вала:
Критическая угловая скорость вала:
Условие виброустойчивости:
