3.3 Последовательность проектирования и расчёта перемешивающего устройства

Проектирование и расчет перемешивающего устройства осуществляют в следующей последовательности:

1) выполняют проектный расчет и конструирование вала и подшипникового узла;

2) разрабатывают эскизную компоновку перемешивающего устройства;

3. выполняют проверочный расчет вала;

4) проверяют пригодность подшипников, уточняют конструкцию подшипниковых узлов.

3.4. Проектный расчёт и конструирование вала и подшипникового узла

Проектный расчёт вала. Расчёт выполняется по напряжениям кручения. Целью расчёта является определение наименьшего диаметра вала. Исходными данными являются мощность на валу Р (кВт) и частота вращения мешалки n (об/мин).

Рассчитывают угловую скорость вала:

, сек^-1 . (3.1)

Вычисляют вращающий момент

, Нм . (3.2)

Определяют наименьший диаметр вала:

, мм , (3.3)

где =25 … 40 Мпа.

Конструирование вала и подшипникового узла. Конструкция вала определяется деталями, которые на нём крепятся, конструктивным оформлением подшипниковых узлов и способом соединения вала перемешивающего устройства с валом редуктора.

Для соединения валов применяют разные типы муфт. Соединение вала редуктора с валом перемешивающего устройства продольно-разъёмной муфтой считают жёстким. Втулочно-пальцевая и зубчатая муфты образуют подвижное соединение валов.

Подшипниковый узел (рис 3.11 – 3.12) состоит из корпуса 1, внутри которого установлен один радиальный или два радиально-упорных подшипника качения 2. Между подшипниками установлена распорная втулка 3 (рис.3.12). Для фиксации вала в осевом направлении предусмотрена круглая шлицевая гайка 4, которая предохраняется от самоотвинчивания стопорной многолапчатой шайбой 5. Корпус закрыт крышками 6, в сквозных отверстиях которых установлены манжетные уплотнения. 7.

1213

Рис.3.11. Конструкция подшипникового узла с радиальным подшипником

Рассмотрим порядок конструирования консольного вертикального вала с двумя подшипниками качения (рис. 3.12).

1. Верхний конец вала соединяют с валом редуктора стандартной муфтой. Если соединение валов подвижное (с помощью зубчатой или упругой втулочно-пальцевой муфты), то диаметр d₁=(0,8...1)d. Длину этого участка вала принимают равной l₁(1...1,5)d₁ и уточняют по размерам муфты. В случае жесткого соединения валов продольно-разъёмной муфтой, его диаметр d₁ рекомендуют принимать равным диаметру d выходного (тихоходного) вала редуктора.

2. Диаметр вала d₂ под уплотнение (в крышке подшипникового узла) берут равным d₁+(4...7).мм и округляют до ближайшего стандартного из ряда: 30,32,34,36,38,40,42,45,48,50, 53,56,60,67,67.75.80,85,90,95.100, 105, 110,120. Длина этого участка l₂ определяется конструктивно с учётом размеров верхней крышки:

l₂ (в+s) + 10 мм, где в - ширина манжеты, s = 5 - 8 мм - толщина крышки в месте установки манжеты. Размеры манжетных уплотнений выбирают по диаметру вала d₂ (табл. 47). Остальные размеры крышки – см. стр.40.

3. Диаметр участка с резьбой под шлицевую гайку d₃ = d₂ + (2…4) мм должен быть согласован с размером резьбы в гайке (табл.17, прил.1). Длина данного участка l₃(Н+S) + 5мм. Толщина шайбы S – табл.2.18, прил.1.

4. Следующий участок вала предназначен для посадки подшипника. Его диаметр d₄ > d₃ должен быть согласован с диаметром отверстия внутреннего кольца подшипника. На стадии эскизного проекта первоначально принимают шариковые радиально-упорные подшипники лёгкой серии (рис 3.13, табл. 49, прил.1). Длина этого участка вала l₄  В + 5, где В - ширина подшипника.

5. Между подшипниками качения устанавливают распорную втулку, внутренний диаметр которой равен диаметру d₄. Наружный диаметр втулки d_вт = d₄ + (6…8) мм. Длина l_вт2D, где D - диаметр наружного кольца подшипника (табл.49, прил.1). Для удобства монтажа диаметр вала под втулкой принимают на 4 - 5 мм меньше значения d₄.

s s s s s

s

Рис. 3.12. Конструкция подшипникового узла с двумя радиально-упорными подшипниками

6. Для упора нижнего подшипника диаметр вала увеличивают: d₅  d_вт. Длина l₅ этого участка вала принимается конструктивно, аналогично l₂, с учётом размеров нижней крышки подшипникового узла l₅(в+s) + 10 мм. Размеры манжеты выбирают по табл. 47 прил.1 в зависимости от диаметра d₅. Размеры крышки - см. пункт 2.

а

б

б)

Рис.3.13.Подшипники качения: а – шариковый радиальный;

б – шариковый радиально-упорный; s = 0,15(D-d); D_ш = 0,32(D-d)

7. Диаметр d₆ следующего участка вала необходимо согласовать с диаметром отверстия в сальниковом или торцевом уплотнении (табл. 51,52 прил.1).

8. Участок вала d₇ в месте посадки мешалки принимают равным диаметру отверстия в ступице мешалки d_ст (табл.43 – 46 прил.1, рис.5 – 6 прил.2).

П

а)

орядок конструирования консольного вала с одним радиальным шариковым подшипником качения (рис.3.1б) аналогичен рассмотренному.

При конструировании однопролетного вала (см. рис.3.1 б,

3.2 б) диаметр посадочного участка вала должен соответствовать размеру d₁ в концевой опоре скольжения (рис 3.17, табл. 53 прил.1).

Конструирование корпуса и крышек подшипникового узла. После определения геометрических размеров ступеней вала определяют размеры деталей, входящих в подшипниковый узел

(рис 3.11 и 3.12).

Толщину стенки корпуса подшипникового узла s принимают равной 10-12 мм. Диаметр резьбы винтов d_в для крепления крышек к корпусу и их число z назначают в зависимости от наружного диаметра подшипника D:

D, мм	80 - 90	100 - 140	150 - 200
dв ,мм	М8	М10	М12
z	4	6	6

Рис. 3.14. Крышка подшипникового узла

Размеры винтов приведены в табл. 15 прил.1. Наружный диаметр крышки D_к D + 4d_в. Диаметр центров отверстий под винты D_в D + 2d_в. Толщина крышки в месте установки винтов  = 810 мм. Толщина крышки в месте установки манжеты ₀ = 58 мм. Остальные размеры крышек (рис.3.14) зависят от размеров манжеты, размер l принимается конструктивно.

В конструкции, представленной на рис.3.12, для удобства монтажа подшипников часть внутренней поверхности корпуса (между торцами подшипников) выполняют на 2 мм больше, чем диаметр подшипника D, длина этой части корпуса равна длине распорной втулки. К корпусу приварен фланец толщиной  = 10 мм с отверстиями d=1,1 d_в для крепления подшипникового узла в стойке привода.