Проектування вертикального апарата з приводом і мішалкою

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Московська державна академія тонкої хімічної технології
ім. М.В. Ломоносова
Кафедра прикладної механіки та основ конструювання
Курсовий проект по курсу
"Прикладна механіка та основи конструювання" на тему:
"Проектування вертикального апарату
з приводом і мішалкою "
Виконав студент гр. 203 - Філатов І.Ю.
Консультант - доц. СТЕПАНЧИКОВ С.В.
Москва 2002

ПЛАН
Основні вимоги до апаратів хімічного виробництва.
Розрахунок кінематичної схеми приводу.
Розрахунок черв'ячної передачі.
Розрахунок клиноремінною передачі.
Розрахунок конструювання веденого вала редуктора.
Розрахунок вихідного закінчення веденого вала.
Розрахунок маточини колеса.
Розрахунок і вибір шпонки.
Вибір підшипників.
Розрахунки конструювання кришок підшипників.
Розрахунок товщини стінок корпусу редуктора.
Розрахунок зусиль зачеплення. Умовно-просторова схема редуктора.
Розрахунок веденого вала на витривалість.
Розрахунок і вибір муфти. Принцип роботи муфти.
Допуски і посадки.
Розрахунки елементів апарату:
Розрахунок товщини стінок конічного днища.
Розрахунок товщини обичайки.
Розрахунок товщини стінок еліптичні кришки.
Визначення висоти апарату.
Розрахунок і вибір фланцевого з'єднання.
Вибір люка і штуцерів.
Опори апарату.
Сальникове ущільнення.
Опора кінцева валу мішалки.
Розрахунок і вибір запобіжного пристрою.
Розрахунок зварних з'єднань.

1. Основні вимоги до апаратів хімічного виробництва

У багатьох технологічних процесах застосовуються ємкісні апарати, які працюють під тиском. Вертикальне виконання товстостінних циліндричних апаратів слід віддавати перевагу горизонтальними, тому що в горизонтальних апаратах з'являється додаткові згинальні напруга від сили тяжіння самого апарату і середовища.
Вертикальні обичайки закріплені зверху і знизу кришкою і днищем. На відміну від днищ, що мають з обичайкою нероз'ємне з'єднання, кришки є знімними частинами апарату. Днища і кришки виготовляють з тих же матеріалів, що й обичайки. Приєднання до апаратів кришок й у поєднанні роздільних частин здійснюється за допомогою фланців. Герметичність забезпечується прокладкою. Приєднання до апаратів трубопроводів і контрольно-вимірювальних приладів проводиться за допомогою штуцерів. Для огляду апарату, його очищення, збирання та розбирання внутрішніх пристроїв служать люки.
Установка апаратів на фундаменті здійснюється за допомогою лап і опор. Перемішування рідких середовищ в апараті здійснюється механічним способом за допомогою мішалок. Для приведення в обіг перемішуючих механічних пристроїв служать приводи, що складаються з електродвигунів, редукторів, ремінних передач і муфт. Редуктори встановлюються на кришках вертикальних апаратів за допомогою стійок і опор. Вал мішалки вводиться в апарат через ущільнення для забезпечення герметичності. Ущільнення валу виробляється з сальниковим, або з торцевим ущільнювачем.
Рідина з апарату видаляється через нижній штуцер. Обігрів апарату зазвичай здійснюється за допомогою сорочок, діаметр якого приймають на 40-100 мм. більше діаметру апарату. Апаратура, яка працює під тиском, пошкодження якої може призвести до нещасних випадків, повинна відповідати вимогам Держтехнагляду і раз на три роки піддаватися внутрішньому огляду, а раз на шість років гідравлічному випробуванню.

2. Розрахунок кінематичної схеми приводу

Вихідні дані: Р2 = 2,2 (кВт)
n2 = 80 (об. / хв)
Мета розрахунку:
1. Підібрати електродвигун.
2. Визначити загальне передавальне відношення і розбити його на сходи.
3. Визначення характеристики валів.
Розрахунок: 1. Визначення необхідної потужності.
Ртреб = Р2 / hпрів. = 2,2 / 0,79 = 3,16 (кВт)
hпрів. = Hкрп * hч. п. * h4подш = 0,95 * 0,85 * 0,99 = 0,79
hкрп = 0,95
hч. п = 0,85
hподш = 0,99 (іст.1; стор.5)
2. Вибір електродвигуна.
Ре. д.> Pтреб (іст.1; стр.390)
3 кВт - Двигун 4A100S2X3 S = 4,3%
Маркування: 4A90L2
4 - номер серії
А - асинхронний
90 - розмір h (від лапок до центру валика)
X3 - маркеровочний розмір
3 - число полюсів.
Потужність під навантаженням (коефіцієнт ковзання)
nед = nсінхр (1-S) = 3000 (1-0,043) = 2871

3. Визначення загального передавального відношення і розбиття його по щаблях.
Uåпрів. = Nе. д. / n2 = 2871 / 80 = 16,667
Uåпрів. = Ік. р. п. * Uч. п. = 35,88
Ік. р. п. = 1,5 - 3
Uч. п. = 12,5 (за ГОСТом іст.1 стор.53)
Ік. р. п. = 1,33
4. Визначення характеристик валів.
4.1. Вал електродвигуна.
Ртреб = 2,278 (кВт)
nе. д. = 2871 (об. / хв)
Mе. д. = 9550 * (Ртреб / nе. д) = 20,12 (Н * м)
4.2. Ведучий вал.
Р1 = Ртреб * hкрп * hподш = 2,278 * 0,95 * 0,99 = 2,97 (кВт)
n 1 = nе. д. / Ік. р. п = 2871 / 2,87 = 1125 (об. / хв)
М1 = 9550 * (Р1 / n1) = 25,23 (Н * м)
4.3. Ведений вал.
Р2 = Р1 * hч. п. * hподш = 2,142 * 0,85 * 0,99 = 2,5 (кВт)
n2 = n 1 / Uч. п. = 1000,34 / 12,5 = 90,0 (об. / хв)
М2 = 9550 * (Р2 / n2) = 265,28 (Н * м)

3. Розрахунок черв'ячної передачі

Вихідні дані: Крутний момент на відомому валу М2 = 215,11 Н * м.
Uч. п. = 12,5.
Мета розрахунку:
1. Провести проектний розрахунок на витривалість по контактним напруженням.
2. Провести перевірочний розрахунок передачі по напруженням вигину.
1. Вибір матеріалу черв'ячного колеса.
За іст.1 стор.66 - Бр. А9Ж3Л
Бр. - Бронза
А9 - алюміній 9%
Ж3 - залізо 3%
Л - лиття
Допустиме напруження [d-1F] = 75 мПа.
[D-1F] = [d-1F] * KHL = 40,7 мПа, де KHL - коефіцієнт довговічності.
Vs = 2 - 4
[Dн] = 167 мПа
2. Визначення числа заходів черв'яка і зубів черв'ячного колеса.
Число заходів черв'яка z1 приймаємо в залежності від придаткового відносини. За іст.1 стор.55:
z1 = 4, якщо U = 8-15
z1 = 2, якщо U = 15-30
z1 = 1, якщо U> 30.

z2 = z1 * Uч. п. = 4 * 12,5 = 50 - число зубів.
3. Визначення міжосьової відстані з умови контактної міцності.
аw = (z2 / q + 1) 3Ö ((170 / (z2 / q) * [dн])) 2 * Кн * М2) = 143,0 (мм)
q = 10 - коеф. діаметра черв'яка.
Кн = 1,25 - коеф. навантаження.
4. Визначення розрахункового модуля зачеплення.
m = t / p (мм) - модуль зачеплення
m = 2 * аw / z2 + q = 4,77 (мм) m = 5
5. Уточнення міжосьової відстані.
аw = m * (z2 + q) / 2 = 150 (мм)
6. Визначення геометричних розмірів передачі.
Основні розміри черв'яка:
Ділильний діаметр d1 = q * m = 50 (мм)
Вершини витків черв'яка da = d1 +2 m = 60 (мм)
Діаметр западин витків черв'яка df = d1 - 2,4 * m = 38 (мм)
Довжина нарізної частини черв'яка z1 = 1 або 2, то b1> (11 +0,06 z2) * m
z1 = 3 або 4, то b1> (12,5 +0,09 z2) * m
b1 = 85 (мм)
Ділильний кут підйому γ = 21,8
Основні розміри вінця черв'ячного колеса.
Ділильний діаметр черв'ячного колеса d2 = z2 * m = 250 (мм)
Діаметр вершин зубів черв'ячного колеса da = d2 + 2m = 260 (мм)
Діаметр западин витків черв'ячного колеса df = d1 - 2,4 m = 238 (мм)
Найбільший діаметр черв'ячного колеса daм <da +6 m / (z1 +2) = 265 (мм)
Ширина вінця черв'ячного колеса z = 1 - 3 b2 = 0,75 * da
z = 4 b2 = 0,67 * da
b2 = 0,67 * 260 = 174,2 (мм)

4. Розрахунок клиноремінною передачі

Вихідні дані: Mе. д. = 7,57 (Н * м)
nе. д. = 2871 (об. / хв)
Ік. р. п. = 2,87.
e = 0,015
Mед = 9550 * (РТР / nед) РТР = 2,27
Мета розрахунку: Визначити геометричні розміри клиноремінною передачі.
1. Діаметр меншого шківа.
d1 = (3 - 4) 3ÖMе. д. = 95,2
За іст.1 стор.120 беремо d1 = 100 (мм)
2. Діаметр більшого шківа.
d2 = Ік. р. п. * d1 (1-e) = 124,39
d2 = 125 (мм)
3. Уточнення передавального числа.
Ік. р. п. = d2 / d1 (1-e) = 1,2
(2,87-2,86) / 2,86 = 0,34%
4. Перетин ременя.

5. Розрахунок міжосьової відстані.
amin = 0,55 (d1 + d2) + T0 = 0,55 (71 +200) +6 = 131,75 (мм)
amax = (d1 + d2) * 2 = 450 (мм)
ap = 290,875 (мм)
6. Розрахунок довгі ременя.
L = 2 * ap +0,5 * p * (d1 + d2) + (d1 + d2) 2 / 4 * ap = 935,79 (мм)
L = 1000 (мм)
7. Уточнення значення міжосьової відстані з урахуванням стандартної довжини ременя.
ap = 0,25 ((Lp-W) + Ö (Lp-W) 2-2y) = 323,13 (мм)
W = 0,5 p (d1 - d2) = 353,25 (мм)
y = (d1 - d2) 2 = 625 (мм2)
При монтажі передачі необхідно забезпечити можливе зменшення
довжини міжосьової відстані на 0,01 * Lp = 9 (мм) і для забезпечення одягання ременя, можливе збільшення на 0,025 Lp = 22,5 (мм)
8. Кут обхвату меншого шківа.
a = 1800-57 ((d2 - d1) / ap) = 75,350
9. Коефіцієнт режиму робіт.
(За іст.1 стор.136 табл.7.10)
Cp = 1,0
10. Коефіцієнт для кліноременних ременів.
(За іст.1 стор.135 табл.7, 9)
СL = 0,89
11. Коефіцієнт кута обхвату.
Ca = 0,92
12. Коефіцієнт числа ременів в передачі.
Сz = 0,95 z = 2 - 3
Сz = 0,90 z = 4 - 6
z = Ртреб Cp / P0 СL Ca Сz = 2,6
P0 - потужність передачі 1 клин. ременя
(За іст.1 стор.132) P0 = 1,05 (кВт)
z = 3
13. Натяг гілки клинового ременя.
F0 = (W0 Ртреб Cp СL / Ca z V) + qV2 = 156,9 (Н)
V = 0,5 Wед d1 = 5,89 (м / с)
Wед = p * nед/30 = 300,5 (рад / сек)
q = 0,1
15. Тиск на вали.
Fв = F0 z Sin (a1 / 2) = 627,15 (Н)
16. Ширина штівов.
Вш = (z-1) e +2 f = 50 (мм) (за іст.1 стр.138. Табл.7, 12)

5. Розрахунок конструювання веденого вала редуктора

Вихідні дані: М2 = 215,11 (Нм)
m = 5
1. Розрахунок вихідного закінчення веденого вала.
Умова міцності на кручення: τ = Mкр / Wp <[τ]
Wp = 0,2 d3 = 14817,6 (мм)
[Τ] = 15 - 20 (мПа)
db2> М2 / [τ] * 0,2 = 38,6 (мм)
db2 = 42 (мм)
τ = 13,663 <[τ]
2. Розрахунок маточини колеса.
dст = (1,6 - 1,8) db2 = 71,4 (мм)
lст = (1,4 - 1,6) db2 = 63 (мм)
3. Розрахунок і вибір шпонки.
Для з'єднання вала з деталями передають крутний момент застосовуються призматичні шпонки зі сталі, що мають δ13> 600 (мПа).
lшп = lст-(5 - 10)
lшп = 53 - 58 = 56 (мм)
Розрахунок зусиль, що діють на шпонку.
Рсм = 2М / d
Fсм = (h-t1) lраб
lраб = l - b
δсм = Рсм / Fсм = 2М2 / (h-t1) (l - b) d2 ​​<[δсм] = 80 (мПа)
δсм = 76,515 <[δ] (мПа)
Перевірка на недогрузку
[Δсм] - δсм / [δсм] = 4,356% <15%
Перевірка на зріз.
Площа зрізу: fср = bl
τср = 2М2 / lb db2 <[τср]
[Τср] = 0,6 [δсм] = 48 (мПа)
τср = 14,346 (мПа)
τср <[τср]
4. Підбір підшипників.
Будемо використовувати радіально-упорні однорядні шарикопідшипники. Радіально-упорні однорядні шарикопідшипники сприймають комбіновані радіальні і осьові навантаження. Осьова вантажопідйо - ність залежить від кута контакту.
α = 12, 26, 360
Зі збільшенням α цього кута осьова навантаження зростає за рахунок радіальної. Ці підшипники здатні сприймати осьові навантаження тільки в одному напрямку, тому для фіксації валу в обидві сторони їх встановлюють попарно.
Приймаються підшипники 36210
3 - α = 12
6 - характер сприйняття навантаження; радіально-упорний
2 - серія легка
10 - d = 10 5 = 50 (мм)
5. Розрахунок і конструювання кришок підшипників.
Кришки закривають підшипниковий вузол і пріпятствуют попадання в нього масла з редуктора і бруду.
Основним критерієм вибору кришки під підшипник є dкриш = Dподш.
Використовуємо кришки притискні низькі з канавкою під кільце ущільнювача і притискні під манжетное ущільнення.
6. Розрахунок товщини стінок корпусу редуктора.
У корпусі редуктора розміщуються деталі зубчастих і черв'ячних передач.
При його конструюванні повинні бути забезпечені міцність і жорсткість виключають перекосивалов.
Товща стінок δ = 0,07 * аw +2 = 12,5 (мм)
Матеріал з якого виготовляються стінки корпусу редуктора СЧ15
Товща фланця: δфл = 1,5 * δ = 18,75 (мм)
Ширина фланця: lфл = 3 * δ = 37,5 (мм)
У місцях кріплення кришок і корпуси і в місці установки пробки маслосливного отвори забезпечують припливи висотою 6 мм.
7. Розрахунок зусиль в черв'ячної зачепленні.
Умовно-просторова схема редуктора.
Вихідні дані: M1 = 16,8 (Н * м)
d1 = 50 (мм)
M2 = 172 (Н * м)
d2 = 250 (мм)
Pr - сила, спрямована по радіусу до центру колеса (радіальне зусилля)
Pa - сила, спрямована паралельно осі валу (осьове зусилля)
Pt - сила, спрямована по дотичній до ділильної окружності (окружне зусилля)
Pt1 = Pa2 = 2M1/d1 = 2 * 16800/50 = 672 (H)
Pt2 = Pa1 = 2M2/d2 = 2 * 172000/250 = 1376 (H)
Pr1 = Pr2 = 2M2/d2 * tgα = 500,82 (H)
8. Розрахунок веденого вала на витривалість.
Вихідні дані: Pa2 = 672 (H)
Pt2 = 1376 (H)
Pr2 = 500,82 (H)
Потрібно розрахувати ведений вал на витривалість, визначивши коефіцієнт запасу міцності.
1. Спочатку повернемо ведений вал на 900 проти годинникової стрілки, сумісний з віссю z. Наведемо зусилля зачеплення в точку С. Силу Pr2 перенесемо по лінії дії, а сили Pa2 і Pt2 наводимо до точки С.
Дія сили Pa2 - розтягнення валу (в розрахунках не враховується)
М (Pa2) = Pa2 * 0,5 d2 = 672 * 0,5 * 250 = 84000 (Н * мм) - розтягнення валу
М (Pt2) = Pt2 * 0,5 d2 = 1376 * 0,5 * 250 = 172 000 (Н * мм)
Дія моменту - вигин в площині yz
Дія від моменту Pt2 - кручення в площині xy
Дія від сили Pr2 - вигин в площині yz
Досліджуємо напружений стан валу в площині yz:
a = 50 - 80
b = 80 - 110
c = 90 - 110
MA = - М (Pa2) - Pr2 * a = - 84000 - 500,82 * 65 = - 116553,3 (Н * мм)
Досліджуємо напружений стан валу в площині xz:
MA = Pt2 * a = 1376 * 65 = 89440 (Н * мм)
xy - кручення
Мкр = М2 = 172 000 (Н * мм)
dподш = 50 (мм)
Wізг = 0,1 d3подш = 12500 (мм3)
Wкр = 0,2 d3подш = 25000 (мм3)
МSізг = М2А + М2А = 146915,572 (Н * мм)
3. Визначимо сумарні напруги:
δmax = МSізг / Wізг = 11,75 (мПа)
τmax = Мкр / Wкр = 6,88 (мПа)
4. Характеристики циклів напруг.
Припускаємо, що нормальні напруження міняються по симетричному циклу, а дотичні по отнулевому.
Для симетричного циклу коефіцієнт асиметрії r = δmin / δmax =- 1
δm = 0
δmax = 11,75 (мПа)
Для отнулевого циклу коефіцієнт асиметрії r = τmin / τmax = 0
τa = τm = τmax / 2 = 3,44 (мПа)
τmin = 0
5. Визначити межа витривалості валу.
Вал виготовлений із сталі 45.
δв = 650 - 750 (мПа)
δ-1 = 0,43 * δв = 301 (мПа)
τ-1 = 0,5 * δ-1 = 150,5 (мПа)
6. Характеристики концентратора напруги в небезпечному перерізі.
Концентрація напруги обумовлена ​​посадкою підшипника з гарантованим натягом.
За іст.1 стр.166 табл.8, 7.
kδ - ефективний коеф. концентрації нормального напруги.
εδ - масштабний фактор для нормальних напружень.
kδ / εδ = 3,6
Для дотичних напруг:
kτ / ετ = 0,6 * kδ / εδ +0,4 = 2,56
ψτ = 0,1
ψδ = 0,2
β - коеф. враховує шерховатость поверхні.
β = 0,97 - 0,99
Расчитаем коеф. запасу міцності за нормальними напруженням.
Sδ = δ-1 / (kδ / εδ * β) * δv + ψδ * δm = 6,18
Розрахуємо коеф. запасу міцності по дотичним напруженням.
Sτ = τ-1 / (kτ / ετ * β) * τv + ψτ * τm = 13,29
Результуючий коеф. запасу міцності для небезпечного перерізу.
Så = Sτ * Sδ / Sδ + Sτ = 5,6> [S] = 2,5 - 4
Отже забезпечується і жорсткість і міцність валу.
9. Розрахунок і вибір муфти.
Для з'єднання вертикальних валів використовують муфти ППФ і МПР.
Основна вимога пред'являється до валів - їх співвісність. Муфти застосовують для передачі крутного моменту. Муфта підбирається під діаметри валів під муфту. Фіксуюче кільце служить для сприйняття осьових навантажень. Виготовляються муфти з вуглецевих сталей.
Корпус муфти складається з двох половин з подовжнім роз'ємом. На наружні конічні поверхні напівмуфт надіваються кільця, які стягуються трьома шпильками. Самі напівмуфти надягають на вали за допомогою шпонкових з'єднань. Закінчення валів обробляється під фіксує кільце, яке складається з двох половин, що скріплюються пружинними кільцями.
10. Допуски і посадки.
Посадка - це характер з'єднання двох деталей, що визначається різницею їхніх розмірів.
Допуск - це різниця між граничними відхиленнями від номінального розміру при виготовленні валу або отвору.
Посадка Æ42 Н7/m6 - посадка в системі отвори, отвір - Н7.
Нижня граничне відхилення у Н7 - 0
Верхнє граничне відхилення у Н7 - +25 мкм.
Найменший граничний діаметр - 42,0 мм
Найбільший граничний діаметр - 42,025 мм
Нижня граничне відхилення у m6 - +9 мкм.
Верхнє граничне відхилення у m6-+25 мкм.
Найменший граничний діаметр - 42,009 мм
Найбільший граничний діаметр - 42,025 мм
Ми маємо перехідну посадку якщо:
1. Вал має найбільший граничний діаметр - 42,025 мм,
а отвір найменший граничний діаметр - 42,0 мм.
Nmax = 42,025-42,0 = 0,025 мм
Nmin = 0
2. Вал має найменший граничний діаметр - 42,009 мм,
а отвір найбільший граничний діаметр - 42,025 мм.
Smax = 42,025 - 42,009 = 0,016 мм.
Поле допуску.
Зону між найбільшим і найменшим граничними розмірами називається полем допуску.
Діаметр 42Н7m6 означає з'єднання двох деталей з номінальним Æ 42
оброблених по полях допусків Н7, m6 в системі отвору.
7,6 - номер квалітету (сукупність допусків відповідні однаковою точності).
11. Розрахунок елементів апарату
1. Розрахунок товщини стінок конічного днища
S1 = PDp / ((2j [s]-p) cosa) + C
Dp = DВ - 2 [zB (1-cosα) + sina Ö (DBS1 / cosa)] =
= 1200 - 2 [180 (1-cos45) + Ö2 / 2 · Ö1200 · 6 / cos45)] = 952 мм
Sk = (0,36 · 952.2 / (2.0 ,9141-0, 36) Ö2) + 3 = 4,9 мм
за ГОСТом 12621-67Sдн = 6 мм => Sоб = 6 мм
2. Розрахунок товщини обичайки
Sоб = PDp / (2j [s]-p) + C
P = 0,36 Н/мм2
DB = 1200 мм
φ = 0,9
[Σ] = 141 Н/мм2 (по табл.17.1)
З = 3 мм
Sоб = 0,36 · 1200 / (2.0, 9.144 -0,36) +3 = 4,7 мм
3. Розрахунок товщини стінок еліптичні кришки
Sкр = PDp / (2j [s]-p) + C = 0,36 · 1200 / (2.0, 9.141 - 0,36) +3 = 4,7 мм
за ГОСТом 6533-68 Sкр = 6 мм (табл.17.2)
4. Визначення висоти апарату
Висота обичайки:
Ho = 1,2 DB = 1,2 · 1200 = 1440 / 5 = 288 мм
α = 90
Висота еллептіческой кришки
hB = 300 мм
h1 = 25 мм
(За табл.17.2)
h1 + hB = 331 мм
Висота конічного днища
hB = 672 мм
h1 = 40 мм
h1 + hB = 712 мм
Висота штуцера в днищі (по табл 19.1)
H ± S = 180 мм + висота кришки 20 мм
H = 200 мм
Загальна висота апарату:
H = 858 +331 +1440 +712 +200 = 3541 мм
Масштаб 1: 5
H / 5 = 3541 / 5 = 708,2
5. Підбір штуцерів
Dл = 450 мм
l = 240 - 280 мм
Dн = 590
H = 200
b1 = 30 мм
Ho = 200 +30 +3 +12 = 245
Ho / 5 = 49
12. Перевірка герметичності
1. Жорсткість болта
Cб = Eст · Fб / LБ раб
LБ раб = 2b + hпр + 4
Їсть = 2.105 МПа
Fб = πdδ2 / 4
hпр = 2 мм
Cб = 2.105.3, 14 = 6,28 · 105
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Диплом
33.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Розрахунок і проектування вертикального кожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту
Машини з електричним приводом
Система вертикального шкільного управління
Підсилювач вертикального відхилення осцилографа
Розробка цифрового апарата
Особливості образу вертикального конфлікту керівників
Спускається капсула космічного апарата
Формування радянського державного апарата 2
Тепловий розрахунок вертикального підігрівача низького тиску
© Усі права захищені
написати до нас