1.5 Расчет основных параметров машины

Основные детали мельниц помимо больших, циклически дей­ствующих, изгибающих и скручивающих нагрузок, вызываемых силой тяжести и центробежной силой вращающихся частей, мелю­щих тел и материала, подвергаются также непрерывным ударно-вибрационным и тепловым воздействиям. Характер нагрузок учи­тывается при выборе коэффициента запаса прочности, качества (марки) материала детали и пр.

Ниже приведены методы расчета некоторых деталей мельницы, таких как барабан, цапфы, соединительные болты днищ и др., под­вергающихся при работе специфическим воздействиям. Остальные детали рассчитывают методами, приведенными в «Деталях машин».

Барабан мельницы рассчитывают как балку, лежащую на двух опорах, которая подвержена одновременно изгибу и кручению, по приведенному моменту

где М_гаах — наибольший изгибающий момент в тс-м;

М_кр — момент кручения, определяемый из уравнения (в Н-м),

(44)

М_кр = 7178.10³-^

(N — мощность электродвигателя мельницы в л. с;

'кр

п — частота вращения мельницы в об/мин). Напряжения в барабане от изгиба и кручения

10*Af_b

где W — момент сопротивления сечения корпуса изгибу,

W = лР³ 32

(D и d — наружный и внутренний диаметры барабана в см).

Момент сопротивления уменьшен на 20% из-за наличия в барабане отверстий для броневых болтов и люков. Изгибающие моменты, действующие в сечениях барабана, вычисляют, принимая, что его а тяжести, сила тяжести броневых плит, мелющих тел

По суммарной реакции наиболее нагруженной опоры рассчиты­вают размеры вкладышей цапфовых подшипников барабана, обычно изготовляемых из баббита Б16. При их расчете определяют макси­мальное давление р, максимальную скорость скольжения v и произ­ведение pv, которое до некоторой степени характеризует количество тепла, полученного подшипником.

На болты, соединяющие днища с фланцами барабана, действуют равнодействующая Р_х силы тяжести вращающейся части мельницы и центробежная сила, а также окружное усилие Р_%, передаваемое электродвигателем днищу. Кроме того, эти болты растягиваются изгибающим моментом в плоскости соединения днища с барабаном, и в результате предварительной их затяжки при монтаже мельницы.

По эпюрам перерезывающих сил (см. рис. 82, б) определяют пере­резывающую силу от равнодействующей F, действующей в плоскости соединения фланца с днищем.

Сила среза, возникающая в результате влияния окружного усилия,

Р₂ = 7178-10³-^-

где N — мощность электродвигателя в л. с; п — частота вращения мельницы в об/мин; fi — радиус окружности, на которой расположены соединитель­ные болты, в см. Суммарная сила (в Н), срезающая болты:

Р - Р_х +Р₂.

Напряжение (в МПа) в болтах от срезающей силы 0.1Р

где т — количество призонных (т. е. плотно пригнанных к раз­вернутым отверстиям) болтов, работающих на срез; d — диаметр болта в см. Допускаемое напряжение среза (в МПа)

^{[т]ср - (0,2-г-0,3) 0Т - 0,25-2400 = 60 МПа (600 кгс/см2),}

где а_т — предел текучести для стали СтЗ, ст_т » 240 МПа (2400 кгс/см²).

Усилие затяжки болтов днища определяют следующим образом. Опорная реакция R_u стремится повернуть торцовую крышку в плоскости вокруг точки А. Перерезывающую силу F, действующую на болты, определяют из следующего уравнения:

R_Bl = r±,

где R_B — реакция опоры в тс;

Если принять, что нагрузку воспринимают ³/₄ всех болтов, то средняя нагрузка на один болт составит где т — количество болтов.

Наибольшая нагрузка на болты в момент прохождения их край­него нижнего положения

Р = 2F.

Напряжение затяжки болтов (в МПа)

а₃ = (0,4ч-0,5) а_т.

Расчетная нагрузка

F_p = T + ХР,

где X — коэффициент основной нагрузки, отражающий упругие свойства соединяемых деталей и болта,

X — 0,2ч-0,3.

Момент, закручивающий болт при затяжке,

M_hP - 0,098Td_ck Н-м - Td кгс-см,

где k — коэффициент, равный 1,2.

Наибольшие касательные напряжения в нарезанной части болта

_{т =} 4 МПа = Ц кгс/см².

Наибольшие касательные напряжения в стержне болта

f — МПа = Ц- кгс/см².

Так как соединение работает при переменной нагрузке, необхо­димо проверить переменное напряжение цикла:

Среднее напряжение цикла

а_т = 0,1 (а₃а_а) МПа = а₃ -f кгс/см².

И зопыта эксплуатации шаровых мельниц известно, что опасным сечением днищ является переход цилиндрической части в кониче­скую, где могут быть скрытые литейные дефекты. Поэтому в сече­нии А—А допускаемое напряжение принимается не более 10 МПа (100 кгс/см²).

Зубчатые или шлицепые муфты, соединяющие приводной вал с редуктором и днищем барабана, рассчитывают по расчетному кру­тящему моменту

М_р = KiKtM,

где К\ — коэффициент безопасности,

При расчете вала периферийного приводного механизма необ­ходимо учесть следующее. На участке посадки ведущей шестерни вал помимо скручивания передаваемым окружным усилием Р изги­бается под действием силы тяжести ведущей шестерни, а также окружного усилия, приложенного к зубу последней. Окружное уси­лие обычно незначительно отклоняется от вертикали, поэтому при расчете принимают, что оно направлено, как и сила тя­жести шестерни, по вертикали

Вал обычно закрепляют в трех-четырех подшипниках. Однако вследствие значительных нагрузок на участке закрепления ведущей шестерни при определении реакций опор можно пренебречь под­шипниками, расположенными ближе к редуктору, и рассматривать участок вала с ведущей шестерней как балку, свободно опирающуюся на две опоры.

Затем проверяют вал на прочность с учетом предела выносливости принятой марки, качества обработки (ковки, протачивании и шлифовании) вала, концентрации напряжения у шпонок, добавочных напряжений, возникающих при посадке ведущей шестерни Ни вал и т. д. С учетом этих усилий при проверке вала на прочность pro размер определяют по уточненному уравнению, приводимому м руководствах по деталям машин:

М_пр = у^г*Щ1_ЗГ + ?>²АК_р

Диаметр вала в остальной, менее нагруженной части принимают примерно 0,8d и одинаковым по всей длине.

Удлинение корпуса мельницы при нагреве (в м)

М = a {t₁ - /₀) L

а — коэффициент линейного расширения стали в интервале 0—100° С, а - 0,000012; /, — t₀ — разность температур корпуса; можно в зависимости от местных условий принимать равной 120—150° С; L — длина корпуса в мм. Удлинение корпуса следует учитывать в конструкции