Технология производства и переработки полимерных и композиционных материалов. Расчет пресса и экструдера. Практикум
.pdf
Скорость сдвига при движении материала через конический участок канала S2' (с-1):
S2' = |
256 Q |
|
. |
(2.27) |
π (D + e) |
3 |
|||
|
|
|
|
Скорость сдвига при движении материала через сужающийся (клиновидный) участок S3' (с-1):
S3' = |
11,16 Q |
. |
(2.28) |
2 |
|||
|
B (e + j) |
|
|
Скорость сдвига при движении материала через призматический формующий участок канала S4' (с-1):
S4 '= |
Q |
|
1 |
, |
(2.29) |
|
F x |
f |
|||||
|
|
|
|
где x — толщина стенки изделия, м; f — коэффициент формы канала (f = 0,95).
Таким образом, общие потери давления
P
(кг/м2):
P = P1 + P2 + P3 + P4. |
(2.30) |
Требуемая мощность электродвигателя NД (Вт):
NД = |
N |
, |
|
|
|||
|
|
где η — КПД электродвигателя (η = 0,8).
(2.31)
31
2.4.5. Прочностной расчет червяка
На червяк действует крутящий момент Мкр, а также аксиальная сила и равномерно распределенная нагрузка от собственной массы червяка, которые вызывают прогиб червяка. Задачей прочностного расчета является проверка предварительно определенных размеров червяка.
Червяк предварительно проверяется на гибкость по формуле:
λ = |
k L |
≤ 120, |
(2.32) |
|
|||
|
Ri |
|
|
где k — коэффициент, зависящий от метода крепления конечной части вала (k = 2); L — длина червяка, м; Ri — радиус инерции сечения, м.
Ri =√ |
J |
, |
(2.33) |
|
F |
||||
|
|
|
где J — момент инерции поперечного сечения вала червяка, м4; F — площадь поперечного сечения червяка, м2.
Момент инерции поперечного сечения вала червяка J
(м4):
|
π ∙ D4 |
4 |
|
(2.34) |
|
|
|
|
|
||
J = |
64 ∙ (1 – i |
|
), |
||
|
|
||||
Прочностной расчет производится на максимально возможные усилия, возникающие в червячных машинах.
32
Максимальное давление Pmax (кг/м²) развивается червяком, когда отверстие в головке закрыто и нет выхода материала из машины (производительность равна нулю):
Q = α ∙ Fα ∙ n – β ∙ Fβ ∙ |
Pmax |
= 0, |
(2.35) |
|
μср |
||||
|
|
|
где α — коэффициент формы прямого потока ( α = 1);β — коэффициент формы обратного потока ( β = 1); μср — средняя по длине червяка вязкость перерабатываемого материала, кг∙с/м2.
Тогда максимальное давление Pmax (кг/м2):
|
α Fα n μ |
|
|
Pmax = |
ср |
. |
(2.36) |
|
|||
|
β Fβ |
|
|
Средняя вязкость полимерного материала μср (Па ∙ с):
|
β ∙ Fβ ∙ P |
|
μср= |
α ∙ Fα ∙ n – Q . |
(2.37) |
Максимальное осевое усилие, действующее на шнек,
Soc (Н):
Soc = Pmax |
π D2 |
. |
(2.38) |
|
4 |
||||
|
|
|
Крутящий момент, действующий на червяк Mкр (Н ∙ м):
Mкр = |
N |
. |
(2.39) |
|
|||
|
n |
|
|
33
Максимальные касательные напряжения на поверхности червяка max (Н/м2):
τ = |
16 |
Mкр |
. |
(2.40) |
|
3 |
|||
max |
π |
|
|
|
|
D |
|
||
Нормальные напряжения вызываются осевой силой Sос и распределенной нагрузкой. Максимальные напряжения будут возникать в месте закрепления червяка (у первого подшипника).
Нормальные напряжения max (Н/м2):
max = |
Soc |
+ |
Mи max |
, |
(2.41) |
|
|
||||
|
F Wн.о. |
|
|||
где Mи max — максимальный изгибающий момент от распределенной нагрузки червяка (Н ∙ м); Wн.о. — осевой момент сопротивления относительно нейтральной оси, м3.
Максимальный изгибающий момент от распределенной нагрузки червяка Mи max (Н ∙ м):
Mи max = |
g ρч |
F L2 |
, |
(2.42) |
|
2 |
|||
|
|
|
|
где ρч — плотность материала червяка, кг/м3 (ρч = 7 800 кг/м3); g — ускорение свободного падения, м/с2; F — площадь поперечного сечения червяка, м2; L — длина червяка, м.
34
Осевой момент сопротивления относительно нейтральной оси Wн.о. (м3):
Wн.о.= |
π D3 |
(1 – i4). |
(2.43) |
|
32 |
||||
|
|
|
По третьей теории прочности:
p = |
max2 |
+ 4 max2 |
[ ], |
(2.44) |
где [ ] — допускаемое напряжение, Н/м2.
Допускаемое напряжение для стали выбирается из табл. 4.
При превышении напряжения необходимо уменьшить частоту вращения n.
Таблица 4
Значения разрушающего напряжения некоторых марок сталей и чугуна [1]
Марка |
Ст3 |
Ст4 |
Ст30 |
Ст40 |
40Х |
38ХМЮА |
Х18Н9Т |
СЧ15-32 |
|
стали |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
[ ], |
420 |
480 |
700 |
780 |
1 200 |
1 100 |
980 |
150 |
|
МПа |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Производство изделий из полимерных материалов / В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. — Санкт-Петербург : Профессия, 2008. — 432 с.
35
2.Чичканов, В.В. Механизация и автоматизация технологии отделочных и изоляционных материалов и изделий. № КП.СМАЭ.06-10-ПЗ.Р : проектная разработка / В.В. Чичканов, С.В. Калужный. — Новосибирск : Сибстрин, 2010. — 18 с.
3.Справочник химика. В 6 томах. Т. 6. Сырье и продукты промышленности органических веществ / под редакцией Б.П. Никольского. — 2-е изд., перераб. и доп. — Ленинград : Химия, 1967. — 1012 с.
4.Material Properties Database : [сайт]. — URL: https://www.makeitfrom.com/ (дата обращения: 11.07.2023).
5.Тадмор, З. Теоретические основы переработки полимеров / З. Тадмор, К. Гогос ; перевод с английского. — Москва : Химия, 1984. — 632 с.
6.Машины и аппараты химических производств (примеры и задачи) : учебное пособие для студентов / И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский [и др.] ; под общей редакцией В.Н. Соколова. — Ленинград : Машиностроение, 1982. — 384 с.
7.Володин, В.П. Экструзия профильных изделий из термопластов / В.П. Володин. — Санкт-Петербург : Профессия, 2005. — 480 с.
36
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ЧЕРТЕЖИ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПРЕССОВАНИЯ
Вариант 1 |
Вариант 2 |
|
|
|
|
37
Вариант 3 |
Вариант 4 |
|
|
|
|
38
Вариант 5 |
Вариант 6 |
|
|
|
|
39
Вариант 7 |
Вариант 8 |
|
|
|
|
40