Раздел 3. Расчет вала ротора на прочность.

(Задача «В»)

В роторных установках интенсификация процесса очистки достигается путем последовательного погружения и извлечения объектов очистки из жидкости.

В практике проектирования роторных машин возникает необходимость выполнения прочностного расчета вала ротора. На вал ротора действует система сил и моментов, показанных на рис. 2.5.

Алгоритм прочностного расчета вала роторной установки приведен на рис. 2.6.

1.Момент от одной люльки в период первоначальной загрузки.

М_з.м=G_кgR_кр

где G_к=G_л+G_нn_н– суммарная масса люльки (контейнера) объектами очистки (G_л– масса люльки(75-150кг),G_н– масса одного изделия (объекта очистки),n_н– количество изделий в одной люльке);

R_кр=r+d=(b²/4+h²)^0.5+d– радиус образующей мальтийского креста,b,h– (см. рис 2.1) соответственно ширина и высота люльки,d– диаметр вала люльки (при расчетеR_кр принимают ориентировочноd=100мм);

g– ускорения свободного падения, м/с²(9,8 м/с²)

R_кр=(0,8²/4+0,9²)^0,5+0,1=1,03 м

G_к=110+440*1=550 кг

М_з.м=550*9,8*1,031=5557,5 Нм

2.Максимальный крутящий момент на преодоление сил гидравлического сопротивления.

М_чс=К_уд*С_х*S_x*(р_ж*V_n²/2)*R_кр*m_р

S_х= (b*l) площадь миделева сечения – это площадь проекции донной части люльки (контейнера), м²;

Скорость перемещения люлек принимают V_n=0,10,3^м/_сек. Значение средней скорости перемещения объектов в жидкостиV_n=0,10,3^м/_сдостигается при частоте вращения вала ротораn=0,10,25^об/_сек.

К_уд– коэффициент, учитывающий удар объекта очистки при входе в жидкость

(1,1-1,5)

С_х– коэффициент лобового сопротивления (1,1…1,3); р_ж– плотность раствора, кг/м³

m_р– количество люлек, одновременно находящихся в растворе, шт.

Все эти коэффициенты выбираются в зависимости от общей массы люльки.

М_чс=1,15*1,2*0,9*(1490*0,2²/2)*1,031*3=114,5 Нм

3.Суммарный крутящий момент, прикладываемый к валу ротора.

М_кр=М_зм+М_чс

М_кр=5557.5+114,5=5672 Нм

4.Мощность двигателя роторной установки.

N=Mкр*2n/

гдеКПД кинематической цепи от двигателя до вала (вычисляется с учетом принятых редукторов, ременных или цепных передач и т. д.);n– частота вращения вала.

N=5672*2*3,14*0,1/0,53=6,7 Квт

5.Диаметр вала ротора.

d=10³*(М_кр/(0,2*[]*(1-а⁴))^1/3

В расчетах валов ротора принимают []=150 МПа=0.

d=10³*(5672/(0,2*150**(1-0))^1/3=57,4 мм

Рис. 2.5.. Схема действия нагрузок на вал роторной установки: Мкр – крутящий момент, Нм; Мз.м – момент от одной люльки в период первоначальной загрузки, Нм; Gк – суммарная масса люльки (контейнера с объектами очистки), кг;Rкр – радиус креста, м; Мг.с – максимальный крутящий момент на преодоление сил гидравлического сопротивления.

Рис. 2.6. Алгоритм расчёта вала роторной установки: - ускорение свободного падения;- коэффициент, учитывающий удар объекта очистки при входе в жидкость;- коэффициент лобового сопротивления ;- площадь миделева сечения люльки (контейнера);- плотность раствора, кг/;- скорость перемещения люлек, м/с;- количество люлек одновременно находящихся в растворе, шт;d- диаметр вала, мм;- значение допускаемого касательного напряжения МПа, а – отношение внутреннего диаметра полого вала к внешнему (для сплошного вала а=0)

Исходные данные расчета на прочность вала ротора установки.

Исходные показатели:
№ п/п	Показатель	Обозначение	Значение
1	Суммарная масса контейнера (вместе с условным объектом), кг	Gк=	550
2	Ширина люльки, м	b=	0,76
3	Высота люльки, м	h=	0,85
4	Диаметр вала люльки, м	d=	0,1
5	Площадь миделева сечения, м^2	Sx=	0,9
6	Плотность раствора, кг/м^3	pж=	1490
7	Скорость перемещения люлек, м/с	Vn=	0,2
8	Количество люлек, одновременно находящихся в растворе, шт	mp=	3
9	Допустимое касательное напряжение, МПа	[T]=	150*
10	Отношение внутреннего диаметра полого вала к внешнему	a=	0
11	Частота вращения вала ротора	n=	0,1
12	КПД кинематической цепи от двигателя до вала		0,53
13	Масса одного объекта, кг	Му=	440
14	Длинна условного объекта, м	Lу=	1,119

Результаты прочностного расчета вала роторной установки
№ п/п	Показатель	Обозначение	Ед. измер.	Результат расчета
1	2	3	4	5
1	Момент от одной люльки в период первоначальной загрузки	Мзм	Нм	5557,49
2	Максимальный крутящий момент на преодоление сил гидравлического сопротивления	Мгс	Нм	1477.7
3	Суммарный крутящий момент, прикладываемый к валу ротора	Мкр	Нм	5672
4	Мощность двигателя роторной установки	N	Квт	6,7
5	Диаметр вала ротора	d	мм	57,4