3.5. Разработка эскизного проекта перемешивающего устройства.

Эскизную компоновку выполняют масштабе 1:1 на миллиметровой бумаге формата А2 или А1. Для получения представления о конструкции и размерах деталей перемешивающего устройства достаточно одной проекции.

Последовательность выполнения эскизного проекта:

1. Провести осевую линию в середине короткой стороны листа.

2. В верхней части листа вычертить верхнюю опорную поверхность стойки. Определить положение верхнего торца выбранной муфты. Для этого от верхней опорной поверхности стойки отложить вниз отрезок L₂ – L₁ (см. размеры выбранного мотор–редуктора).

3. От полученной линии отложить вниз отрезок, равный длине выбранной муфты L (Н). Последняя линия будет являться торцом участка вала d₂.

4. Отступив вниз примерно на 10 мм, провести линию, определяющую положение верхней крышки подшипникового узла. Следующая линия определяет толщину крышки в месте установки манжетного уплотнения, и вычертить «карман» для манжеты по размерам, приведенным в табл.47 прил.1.

5. Между внутренней поверхностью крышки и торцом участка вала диаметром d₃ оставить примерно 10 мм.

6. Вычертить контуры круглой шлицевой гайки и стопорной шайбы.

7. Вычертить по контуру верхний подшипник. Отложить от его нижнего торца расстояние, равное длине распорной втулки l_вт, и вычертить контуры нижнего подшипника. Для схемы с одним подшипником качения в стойке перейти к пункту 8.

8. От торца нижнего подшипника отложить примерно 5-7 мм. Этим определяется положение внутренний поверхности нижней крышки.

9. Вычертить контуры нижней крышки и участка вала диаметром d₅.

10. От наружной поверхности нижней крышки отложить примерно 20 мм. Этим определяется положение сальникового или торцового уплотнения.

11. Вычертить контуры выбранного уплотнения, крышки (дочертить) и корпуса подшипникового узла. Уплотнение и стойку закрепить на опоре привода.

3.6. Проверочный расчёт вала

Основными критериями работоспособности валов перемешивающих устройств являются виброустойчивостъ и прочность.

Прежде чем приступить к расчёту вала, необходимо выбрать расчётную схему и определить длину расчётных участков вала.

Выбор расчётной схемы. Каждому конструктивному решению крепления вала соответствует своя расчетная схема.

1. Жесткое соединение валов мотор-редуктора и мешалки (продольно-разъёмной муфтой). Если при этом вал опирается на один радиальный подшипник качения, установленный в стойке аппарата (рис.3.1 а), то такому конструктивному решению соответствует расчётная схема 1 (рис.7 прил.2). Если опорой вала служит подшипник скольжения, установленный на днище аппарата

(рис.3.1 б), данному конструктивному решению соответствует расчётная схема 2 (рис.8 прил.2).

2. Подвижное соединение валов (втулочно-пальцевой или зубчатой муфтой). Если опорами вала является два радиально-упорных подшипника качения (рис.3.2 а), такому решению соответствует расчётная схема 3 (рис.9 прил.2). Если верхней опорой является радиально-упорный подшипник качения, размещенный в стойке, а второй - подшипник скольжения, установленный на днище аппарата (рис.3.2 б), то данному решению соответствует расчетная схема 4 (рис10 прил.2).

Расчёт на виброустойчивость. Расчет осуществляют в следующей последовательности:

1. Определить массу единицы длины вала:

кг  м, (3.1)

где  =7,85 10 ³ кг/м³ - плотность материала вала; d (d₆) - диаметр вала в месте уплотнения, м.

2. Вычислить момент инерции поперечного сечения вала:

. м⁴ . (3.2)

3. Определить значение коэффициентов:

, , (3.3)

где М_м - масса мешалки, кг (табл.43 – 46 прил.1), l₁ , L – значения длин соответствующих участков вала, м (по расчетной схеме и компоновке или чертежу).

4. В соответствии с выбранной расчётной схемой определить коэффициент  (рис. 7 – 10 прил.2).

5. Определить критическую скорость вала :

, с ^-1 , (3.4)

где Е = 2 • 10¹¹ - модуль продольной упругости вала.

Проверить выполнение условия

. (3.5)

Если условие (3.5) не выполняется, то необходимо увеличить диаметр вала d₆ в месте установки уплотнения (см. табл. 51 – 52 прил.1) и повторить расчет. При этом надо учесть, что эта мера приведёт к изменению размеров всех ступеней вала и деталей, расположенных на нём.

Расчёт на прочность. Расчёт предусматривает определение эквивалентных напряжений вала в опасных сечениях (в местах с наибольшим изгибающим моментом). Выбор таких сечений выполняют после построения эпюр изгибающих и крутящих моментов.

Изгиб вала происходит под действием инерционных сил, возникающих вследствие несбалансированности масс мешалки и вала.

Последовательность расчёта:

1. Определить эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства:

е = 0.5  10^-3 + 0,03 D_меш , (3.6)

где D_меш - диаметр мешалки, м.

2. Определить значение приведённой массы мешалки и вала

, (3.7)

где q - коэффициент приведения распределённой массы вала к сосредоточенной массе мешалки.

Для 1-й расчётной схемы .

Для 2-й расчётной схемы .

где .

Для З-й расчётной схемы .

Для 4-й расчётной схемы .

3. Определить радиус вращения центра тяжести приведенной массы мешалки и вала:

. (3.7)

4. Определить центробежную силу:

, (3.8)

где М_пр - приведённая масса мешалки и вала, кг; r - радиус вращения центра тяжести приведённой массы, м.

5. В соответствии с выбранной расчетной схемой вала определить радиальные реакции в опорах.

Для 1-й схемы ,.

Для 2-й схемы ,.

Для З-й схемы ,.

Для 4-й схемы ,.

6. Построить эпюры изгибающих и крутящих моментов и определить величины изгибающих моментов в опасном сечении вала. Для 1-й расчётной схемы опасным является сечение под подшипником, для 2-й и 4-й - сечение в месте посадки мешалки, для 3-й схемы – сечение под нижним подшипником.

7. Определить напряжение изгиба и напряжение кручения в опасном сечении:

, н/мм² ; (3.9)

, н/мм² . (3.10)

8. Рассчитать эквивалентное напряжение и проверить выполнение условия

. (3.11)

Значение допускаемого напряжения рассчитывают по формуле , (3.12)

где - предел выносливости материала вала. Значение предела прочности _в берут из табл. 54 прил.1. S _min - минимальный запас прочности вала (ориентировочно S _min= 2); К_ - коэффициент концентрации напряжений, который для 1-й и 3-й схем: К_= 1,2 - 1,5 (опасное сечении под подшипником), а для 2-й и 4-й схем: К_ = 1,5 - 2 (опасное сечение под мешалкой ослаблено шпоночным пазом).