11. Конструирование привода фаршевого шнека

Для привода фаршевого шнека использую электродвигатель постоянного тока, который имеет частоту вращения значительно превышающую необходимую по технологическим требованиям частоту вращения фаршевого шнека. Поэтому для снижения оборотов электродвигателя, а также для увеличения крутящего момента на фаршевом шнеке применяю механическую передачу, состоящую из редуктора с цилиндрической прямозубой зубчатой передачей и цепной передачи с втулочно-роликовой цепью. Данная передача имеет постоянное передаточное число, высокий КПД и достаточную надежность в процессе работы. Соединение электродвигателя с редуктором осуществляется при помощи фланцевой муфты. Вращение от вторичного вала редуктора передается к фаршевому шнеку через цепную передачу. Звездочки цепной передачи посажены на валы с натягом и соединяются с валами при помощи призматических шпонок.

Электродвигатель и редуктор размещены внутри корпуса автомата. Электродвигатель закреплен при помощи болтов на перегородке станины автомата. Редуктор размещается на стальной плите закрепляемой при помощи угольников на станине.

12. Расчет прочности фаршевого шнека

Коэффициент внутреннего трения теста ; коэффициент внутреннего трения фарша; плотность фарша, согласно рекомендациям [14] наружный диаметр шнекапринимаем равным 88 мм, а шаг:

(91)

Предельный диаметр вала шнека по условию

(92)

Примем диаметр вала шнека равным 50 мм ().

Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у вала по зависимостям:

	(93)
	(94)

где- шаг витков шнека, м

- диаметры шнека и вала шнека, м

Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека:

(95)

Вспомогательные величины равны:

Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении:

(96)

Радиальный зазор между внутренней поверхностью цилиндра и наружной поверхностью витка

[14]

Принимаем

Рис. 5.3. Расчетная схема нагружения червяка.

Проекции сил:

На червяк действует осевое усилие от давления перед формующим инструментом Р, крутящий момент М_кр и равномерно распределённая нагрузка g от собственной массы червяка. Силы Р и g вызывают прогиб червяка. Задачей прочностного расчёта является проверка предварительно определённых размеров червяка и определение допустимого прогиба.

Червяк предварительно проверяется на гибкость по формуле[14]:

(97)

Где:

		–	- коэффициент, зависящий от метода крепления конечной части вала; k = 2;
		–	- длина червяка, м;
		–	- радиус инерции сечения, м.

Радиус инерции сечения, м[14]:

(98)

Где:

		–	- момент инерции поперечного сечения вала червяка, м4;
		–	- площадь поперечного сечения червяка, м2.

Момент инерции поперечного сечения вала червяка, м⁴[14]:

							(98)
	г		–		- диаметр гребня червяка, м;
		i	–		- отношение диаметров червяка[5,c.36];
							(99)
				–		- диаметр тела червяка, м;
				–		- диаметр гребня червяка, м;

Площадь поперечного сечения червяка в сечении А-А, м²[14]:

(100)

λ < 50, следовательно прочностной расчет производится на максимальные касательные напряжения на поверхности шнека[14].

Максимальное давление () развивается червяком, когда отверстие в головке закрыто и нет выхода материала из машины (производительность равна нулю) [14].

					(101)
			–	производительность машины, м3/с;
			–	константа прямого потока, м3;
			–	константа обратного потока, м3;
			–	частота вращения червяка, с-1;
			–	коэффициент формы прямого потока; ;
			–	коэффициент формы обратного потока; ;
				средняя по длине червяка вязкость перерабатываемого материала, Па∙с.

Максимальное давление, Па[14]:

(102

Максимальное осевое усилие действующее на шнек, Н[14]:

(103)

где – площадь поперечного сечения червяка,м²;

(104)

где – диаметр гребня червяка,м;

Крутящий момент действующий на червяк, Н∙м[14]:

					(105)
			–	мощность, затрачиваемая на продвижение материала по каналу червяка, Вт;
			–	частота вращения червяка, с-1;

Максимальные касательные напряжения на поверхности червяка, Н/м² [14]:

(106)

где – полярный момент сопротивления, м³[14]

(107)

Нормальные напряжения вызываются осевой силой и распределенной нагрузкойq. Максимальные напряжения будут возникать в месте закрепления червяка у первого подшипника.

Нормальные напряжения, Н/м²[14]:

						(108)
				–	максимальный изгибающий момент от распределенной нагрузки червяка, Н∙м;
			–		осевой момент сопротивления относительно нейтральной оси, м3;

Максимальный изгибающий момент от распределенной нагрузки червяка, Н∙м [14]:

					(109)
			–	плотность материала шнека (сталь - ρ=7800), кг/м3;
			–	ускорение свободного падения, м/с2;
			–	площадь поперечного сечения червяка, м2;
			–	длина червяка, м;

Осевой момент сопротивления относительно нейтральной оси, м³ [14]:

(110)

По третьей теории прочности [5,c.38]:

(111)

где – допускаемое для материала и заданных условий его работы напряжение,Н/м²; для стали

- условие прочности выполняется.

Максимальный прогиб червяка от распределенной нагрузки q:

			(112)
		–модуль упругости материала червяка, Н/м2; для стали
		–момент инерции сечения, м4;
		–распределенная нагрузка от собственной массы, Н/м;
		длина червяка, м;

Для определения распределенной нагрузки принимаем форму червяка цилиндрической, тогда

(113)

Максимальный прогиб меньше принятого радиального зазора между внутренней поверхностью цилиндра и наружной поверхностью витка, явление биения не наблюдается.