Методички для специальности "Машины и аппараты..." / новосельская

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Л. В. Новосельская, Д. В. Семененко

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН И АППАРАТОВ

Рекомендовано учебно-методическим объединением высших учебных заведений

Республики Беларусь по химико-технологическому образованию в качестве учебно-методического пособия для студентов высших

учебных заведений заочной формы обучения специальности 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»

Минск 2007

УДК 66.02(075.8) ББК 34.7я7

Н 76

Рецензенты:

кафедра технологии важнейших отраслей промышленности БГЭУ (доцент, кандидат технических наук Н. П. Кохно, доцент, кандидат технических наук А. Н. Ковалев, доцент, кандидат химических наук В. В. Паневчик);

доцент кафедры горных машин БНТУ, кандидат технических наук Г. В. Казаченко

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или ее

части не может быть осуществлено без разрешения учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет».

Новосельская, Л. В.

Н 76 Расчет и конструирование машин и аппаратов : учеб.-метод. пособие для студентов заочной формы обучения специальности 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов» / Л. В. Новосельская, Д. В. Семененко. – Минск : БГТУ, 2007. – 88 с.

ISBN 978-985-434-731-8.

Учебно-методическое пособие предназначено для выполнения контрольных работ и курсового проектирования студентами заочной формы обучения с учетом принципов оптимального проектирования. Достоинством является то, что в издании приводится четкая классификация оборудования, структуры производственного изделия, сформулированы требования в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Даны теоретические основы и методика расчетов наиболее распространенной в химической промышленности емкостной аппаратуры.

УДК 66.02(075.8) ББК 34.7я7

Новосельская Л. В., Семененко Д. В., 2007

УО «Белорусский государственный

ISBN 978-985-434-731-8 технологический университет», 2007

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Расчет и конструирование машин и аппаратов» относится к специальным дисциплинам при подготовке специалистов инженерного профиля для работы на предприятиях химической промышленности и строительных материалов, изделий и конструкций из них.

Задача дисциплины – изучение методов расчета и конструирования машин и аппаратов для выбора наиболее рационального метода увеличения эффективности конструкции, снижение материалоемкости, повышение долговечности и надежности. В данном учебно-методическом пособии рассматриваются и на основании обобщения разрозненных литературных источников даются рекомендации к расчету и конструированию наиболее распространенного в промышленности емкостного оборудования, перемешивающих устройств, что особенно важно для студентов заочной формы обучения.

Предприятия вышеназванных отраслей промышленности отличаются большим разнообразием оборудования, которое относится к числу металлоемкого. Помимо обычных черных и цветных металлов, для изготовления химических аппаратов применяют специальные сплавы с добавками титана, ниобия, циркония, устойчивых к действию агрессивных химических продуктов. Стоимость таких материалов в десятки раз превышает стоимость углеродистой стали. Экономное расходование обычных материалов и особенно дорогостоящих и дефицитных во многом зависит от выбора рациональной конструкции, основанной на современных методах расчета.

Знание величин и направлений действующих нагрузок, сил и моментов в каждом элементе, условий изготовления и эксплуатации позволяет создать конструкцию с учетом наименьшего расхода металла при заданных объемах и рабочих параметрах. Эти знания приобретаются при изучении многих предметов, таких как «Сопротивление материалов», «Теоретическая механика» и «Детали машин», которые являются базовыми при освоении данной дисциплины.

3

работы. Составные конструкции. Проектирование рам, ферм. Общая и местная устойчивость.

Особенности расчетов элементов конструкций механического оборудования (дробилок, валков, виброизоляции).

Заключение по курсу.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СОСУДОВ

2.1. Требования, предъявляемые к оборудованию

Сосуды занимают одно из важнейших мест во многих отраслях промышленности. Они оснащаются различными механическими, массообменными, теплообменными устройствами в зависимости от их назначения. К особенностям вертикальных сосудов относится широкий диапазон параметров рабочих процессов: размеров, конструк-ционных материалов, методов изготовления. Так, давление при проведении химических процессов может меняться от вакуума до 150 МПа в условиях синтеза, температура составляет от 170°С в установках сжижения до 3500°С в карбидных печах, свойства перерабатываемых материалов – от нейтральных до сильно агрессивных. Используются различные методы изготовления сосудов: сварка, ковка, литье, штамповка, механическая обработка. Все эти положения должны учитываться при проектировании [1].

Требования, предъявляемые к оборудованию, условно можно разделить на три класса: механические, социальные и экономические [2]. К механическим требованиям относятся механическая прочность, жесткость (устойчивость) формы, транспортабельность, технологичность.

Механическая прочность – это соответствие выбранных профилей заданным нагрузкам. При выполнении этого требования должно соблюдаться следующее условие:

Жесткость характеризуется неизменяемостью профиля либо это способность тела или конструкции сопротивляться образованию деформаций. В пределах закона Гука жесткость определяется как произведение модуля упругости на ту или иную геометрическую

5

характеристику поперечного сечения элемента (площадь сечения при растяжении-сжатии и сдвиге, осевой момент инерции при изгибе и т. д.). Иными словами, жесткость – это способность системы сопротивляться действию внешних нагрузок с наименьшими деформациями.

Транспортабельность – это ограничение габаритов конструкции размерами, удобными для транспортировки. Предпочтительные ряды нормальных линейных размеров приводятся в ГОСТ 8032–84 и основаны на принципе геометрической прогрессии. Размерно подобные ряды чисел строятся на основании выходных характеристик агрегата (мощность, производительность). Ряды производных машин одинакового назначения, но с различными показателями создаются на базе исходной модели. Такие ряды называются рядами унифицированных машин.

Технологичность определяется возможностями изготовления (в основном агрегаты стараются выполнять неразъемными), характеризуется методами изготовления машин, автоматизацией, простотой ремонта и обслуживания.

Социальные требования гарантируют возможность безаварийной работы за весь расчетный период эксплуатации оборудования.

Экономические требования основаны на возможности применения методов расчета, конструирования и изготовления аппаратуры с наименьшими затратами металла и могут быть использованы в качестве основного параметра оптимального проектирования.

2.2. Стадии проектирования

Согласно ГОСТ 2.103–88, различают следующие стадии проектирования (таблица):

1)техническое предложение;

2)эскизный проект;

3)технический проект;

4)рабочая конструкторская документация.

Таблица

6

Примечания:

1.Стадия «Техническое предложение» не распространяется на конструкторскую документацию изделий, разрабатываемых по заказу Министерства обороны.

2.Необходимость разработки документации для изготовления и испытания макетов устанавливается разработчиком.

3.Конструкторская документация для изготовления макетов разрабатывается с целью проверки принципов работы изделия или его составных частей на стадии эскизного проекта; проверки основных конструктивных решений разрабатываемого изделия или его составных частей на стадии технического проекта; предварительной проверки целесообразности изменения отдельных частей изготовляемого изделия до внесения этих изменений в рабочие конструкторские документы опытного образца (опытной партии).

4.Под разовым изготовлением понимается единовременное изготовление одного или более экземпляров изделия, дальнейшее производство которого не предусматривается.

7

Обязательность выполнения стадий и этапов разработки конструкторской документации устанавливается техническим заданием на разработку.

Рабочим конструкторским документам изделия единичного производства, предназначенным для разового изготовления, присваивают литеру «И» при их разработке, которой может предшествовать выполнение отдельных стадий разработки (техническое предложение, эскизный проект, технический проект) и, соответственно, этапов работ, указанных в таблице.

Техническое предложение – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и техникоэкономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентные исследования.

Техническое предложение после согласования и утверждения в установленном порядке является основанием для разработки эскизного (технического) проекта.

Эскизный проект – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия.

Эскизный проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.

Технический проект – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации.

Технический проект после согласования и утверждения в установленном порядке является основанием для разработки рабочей конструкторской документации.

Ранее разработанные конструкторские документы используют при разработке новых или модернизации изготовляемых изделий в следующих случаях:

8

а) в проектной документации (техническом предложении, эскизном и технических проектах) и рабочей документации опытного образца (опытной партии) независимо от литерности применяемых документов; б) в конструкторской документации с литерами «О1» и «А», если

литерность используемого документа та же или высшая. Литерность полного комплекта конструкторской документации

определяется низшей из литер, указанных в документах, входящих в комплект, кроме документов покупных изделий.

Конструкторские документы, держателями подлинников которых являются другие предприятия, могут применяться только при наличии учтенных копий или дубликатов.

Всостав конструкторских документов входят графические и текстовые документы, которые в отдельности или совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки и изготовления.

К графическим конструкторским документам относится чертеж детали, сборочный чертеж (СБ), чертеж общего вида (ВО).

Восновной комплект конструкторской документации (КД) входят конструкторские документы, относящиеся ко всему изделию

вцелом (СБ, ТУ).

Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии [7]. Различают изделия:

–в зависимости от их назначения – изделия основного

(предназначенные для поставки или реализации) и вспомогательного производства (служат только для собственных нужд предприятия);

–в зависимости от наличия или отсутствия в них составных частей – неспецифицированные (детали), не имеющие составных частей, и специфицированные изделия (сборочные единицы, комплексы, комплекты), состоящие из двух и более составных частей.

Таким образом, существуют следующие виды изделий: детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты. Общий случай структуры произвольного изделия представлен на рис. 2.1.

9