Разработка технических средств водоподготовки и приготовления электролита

где d₁ - диаметр участка вала под ступицу (берем такой же как диаметр вала 40мм (стр.74 табл.12) [2], м.

Прочность вала обеспечивается при выполнении условия прочности на кручение:

,

где [ф]_KP = 0.5[у] - допускаемое напряжение на кручение, Па.

[ф]_KP = 0.5*192,3*10⁶=96,15*10⁶ Па.

Па.

Условие прочности выполняется!

б) Расчёт вала на виброустойчивость:

Под виброустойчивостью вала понимают его способность работать с динамическими прогибами, не превышающими допускаемых значений. Динамические прогибы вала появляются в результате действия на вал неуравновешенных центробежных сил, которые возникают от неизбежных при монтаже смещений центров тяжести вращающихся масс (мешалки, сечений вала) с оси вращения.

Сущность проверочного расчёта вала на виброустойчивость заключается в определении его критической угловой скорости щ_KP в воздухе, а затем в проверке условий виброустойчивости. Пример для расчета вала на виброустойчивость см. рис.5

К расчёту вала на виброустойчивость: а) расположение вала с мешалкой в аппарате; б) прогибы сечений вала под воздействием центробежных сил; в) расчётная схема консольного вала.

Длина консоли вала, т.е. расстояние от нижнего подшипника до середины ступицы:

l₁ = H₂ - h_M1,

где H₂ = 1- высота корпуса аппарата, м;

h_М1 = h_М - расстояние от днища корпуса до середины ступицы, м.

h_М = 0,2*d_м

- диаметр мешалки



h_М = 0,2*0,5 = 0,1 м

l₁ = 1 - 0,1 = 1,1 м

Полная длина вала:

l = l₁ + l₂ = 1,1+0,150 = 1,250м,

где l₂ - длина пролёта, т.е. расстояние между подшипниками, м

l₂ = 150мм = 0,150м

Относительная длина консоли и пролёта

Масса вала:

где d - диаметр вала, м;

с_СТ = 7850 кг/м³ - плотность стали.

Относительная масса мешалки :



где m =6,б3кг масса мешалки (стр710, табл. 31.6) [2]

Относительная приведённая масс вала вычисляется по формуле:

Безразмерная приведенная жёсткость вала:

Безразмерная критическая скорость:

Критическая угловая скорость вала в воздухе, рад/с



Виброустойчивость проверяют по условию:

Вал работает в дорезонансной зоне, т.е. вал жесткий.

Расчетный крутящий момент на валу с перемешивающим устройством Мґ_к определяется по формуле:

Расчетный изгибающий момент вала в месте установки нижнего подшипника:

- расчетный изгибающий момент от действия приведенной центробежной силы:



где

m_пр - приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего устройства:

q - коэффициент приведения распределенной массы вала к сосредоточенной массе перемешивающего устройства m_м;

.

r - радиус вращения центра тяжести приведенной массы вала и мешалки:

eґ - экцентриситет центра массы перемешивающего устройства [мм]:



где

д - допускаемое биение вала (обычно принимается в пределах 1мм);

e - экцентриситет центра массы мешалки:

Определяем напряжения от крутящего и изгибающего моментов ф и у_и[Н•м²]



Результирующее напряжение на валу:

у_р < [у], т.к. 2,2 < [192,3]

Вывод: Выбранный вал диаметром 40мм подходит по расчету на виброустойчивость, таким образом, он удовлетворяет требованиям прочности.

Шпоночное соединение ступицы мешалки с валом

Крутящий момент с вала на ступицу мешалки передаётся при помощи призматической шпонки, размещённой в шпоночных пазах вала и ступицы. Боковые грани на половине своей высоты шпонки испытывают напряжения смятия у_см, а продольное сечение - напряжения среза ф_ср. Шпонку рекомендуется изготавливать из того же материала, что и вал. Допускаемые напряжения [у] принимают равными нормативным допускаемым напряжениям у*. Шпонки выбираю по ГОСТ 10748-79:

b = 14 мм

h1 = 12,4 мм

t1 = 4,9 мм

t = 7,5 мм

Схема к расчёту шпоночного соединения.



Длины призматических шпонок l (м) назначают конструктивно с учётом высоты ступицы h.

Т.к. h = 110 мм = 0.11 м, то l = 0.11- 0,01 = 0.1 м = 100 мм.

Полученное значение округляют до стандартного значения: l = 100 мм.

Для шпоночного соединения выполняется проверочный расчёт на смятие. Шпонка испытывает смятие с двух противоположных сторон: со стороны вала и со стороны ступицы.

Сила, вызывающая смятие:

Поверхность смятия определяется по формуле:

Условие прочности шпонки на смятие:

,

где у_см - напряжение смятия на боковые поверхности шпонки, Па;

[у]_см = 1.5[у] - допускаемые напряжения на смятие материала шпонки, Па.



Условие прочности выполняется!

Расчет шариковых подшипников на долговечность.

1) Для вала диаметром 40 мм предварительно выбираем шариковый радиальный подшипник легкой серии № 208 [по 1, т.2, стр.205, табл.126].

Динамическая грузоподъемность этого подшипника:

С = 32000 Н;

С₀ = 17800 Н.

2) Определяем эквивалентную нагрузку:

P_e = (X*V*F_r + Y*F_a)*К_б*К_т, где

F_a - осевая нагрузка; F_a = 0

F_r = R_B

К_б - коэффициент безопасности;

К_б = 1,3 [по 3,стр.80, табл.56]

К_т - температурный коэффициент; К_т = 1 (при t < 100°C)

Х - коэффициент нагрузки; Х = 1,0

V - коэффициент вращения колец; V = 1,0

Y = 0



P_e = (1,0*1,0*0,077 + 0)*1,3*1,0 = 0,1 кгс=1Н

3) Определим базовую долговечность подшипника, т.е. ресурс (число млн. оборотов)

k - показатель степени (для шариковых подшипников k=3)

Динамическая расчетная грузоподъемность:

р = 3 - для шариковых подшипников

1776 Н < [32000 Н]

Следовательно, подшипник № 208 проходит по динамической грузоподъемности.

Определение веса аппарата

,



G_К - вес корпуса вместе с теплоизоляцией, внутренними устройствами и уплотнением, Н;

G_руб- вес теплообменной рубашки, H;

G_пр - вес механического перемешивающего устройства, Н;

G_c - максимальный вес среды, Н.

При приближённом вычислении веса корпуса, реальная оболочка заменяется цилиндром того же диаметра D (м), но с плоскими крышкой и днищем, в который можно "вписать" корпус аппарата высотой H₂; толщина стенки принимается равной исполнительной максимальной толщине s_max.

с_ст = 7850 кг/м³ - плотность стали;

1.1 - коэффициент учитывающий вес теплоизоляции;

g = 9,8 м/с²;

D = 0,7 м;

H₂ = 1 м;

s_max = 4 мм =0,004м

При расчёте максимального веса рабочей среды , предполагают, что аппарат объёмом V заполнен полностью рабочей средой.



G_cа = 250л = 2940Н максимальный вес среды в аппарате, Н;

G_cр - максимальный вес среды в рубашке, Н

Вес привода определяется по его массе; коэффициент 1,2 учитывает наличие муфты, вала, мешалки:

M_ПР = 335 кг - масса привода. (стр. 730. табл.32.10) [3]

с_ст = 7850 кг/м³ - плотность стали;

g = 9,8 м/с²;

D = 0,8 м;

H₂ = 0,93 м;

s_max = 6 мм =0,006м



,

масса: 1113,74 кг.

Выбор опор аппарата

Рассчитываем, что весь вес аппарата приходится на одну опору.

Количество опор-3. Опоры (стойки) вертикальных цилиндрических аппаратов. Опоры выполнены из Ст3 "Опора ОВ III-Б-ОН 26-01-29-66"

Опоры привариваются к аппарату. G_ап=0,025МН

По табл. 29.3 [3, стр.674] выбираем опору:

§ L = 150 мм;

§ L1 = 170 мм;

§ L2 = 130 мм;

§ B = 140 мм;

§ B1 = 105 мм;

§ B2 = 200 мм;

§ b = 40 мм;

§ b1 = 90 мм;

§ H = 350 мм;

§ h = 20 мм;

§ d = 24 мм;

§ s = 10 мм;

§ a = 10 мм;

§ a1 = 105 мм;

§ a2 = 20 мм;

§ М20

§ масса=12,2кг.



Опоры.



Список использованной литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя.-М.: Машиностроение, 2006. - 2816 с.

2. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: справочное пособие. Л.Машиностроение, 1979 г.

3. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.- Л.: Машиностроение, 2013. - 752 с.

4. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов.- Изд.: АльянС, 2001. - 384 с.

5. Михалёв М.Ф. Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических производств.- Изд.:ТИД "Арис", 2013. - 312 с.

6. Мищенко К.П. Краткий справочник физико-химических величин -Л.: Химия, 2012. -107 с.

7. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- Изд.: АльянС, 2013. - 576 с.

8. Справочник. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. - М.: Химия, 2002. - 52с.

Размещено на Allbest.ru