Nд ≥ Nп, условие выполняется.

3.3. Расчёт вала мешалки.

Расчёт вала начинается с разработки его расчётной схемы, отражающей наиболее важные факторы и исключающей несущественные особенности. В аппарате с мешалкой, расчётная схема вала может быть представлена в виде вертикального консольного стержня на двух опорах (подшипники в стойке).

– длина вала между верхним подшипником и ступицей мешалки, м;

– длина консольной части вала, м;

l2 = H – hM + l1 = 1300 – 320 + 210 = 1190 (мм)

L2 = l2 + l = 1190 + 410 = 1600 (мм)

Для раннее выбранного вала определённой длины · и диаметра при известных размерах ступицы мешалки производится проверочный расчёт по критериям усталостной прочности и виброустойчивости.

3.3.1. Проверочный расчёт вала мешалки по критерию усталостной прочности.

Расчёт ведётся по следующей формуле:

n = ≥ [n], [1, ф.10, стр.49]

где nσи nτ – коэффициенты запаса прочности при изгибе и кручении

соответственно;

[n] = 1,3…1,5 – требуемый коэффициент запаса прочности.

Принимаем [n] = 1,5

Поскольку валы мешалок испытывают, в основном, касательные напряжения от кручения, то формулу расчёта по критерию усталостной прочности можно представить в виде:

Nτ ≥ [n].

Выражение для расчёта коэффициента запаса · имеет вид:

nτ = τ-1 / (Kτ · τa / Kd + ψτ · τm), [1, стр.50]

где τ-1 – предел выносливости при кручении при симметричном цикле

напряжений, МПа;

τaи τm– соответственно амплитуда и среднее значение напряжений

циклов, МПа;

Kτ – эффективный коэффициент концентраций напряжений;

Kd– коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения

вала;

ψτ– коэффициент чувствительности к асимметрии цикла.

Величину предела выносливости определяют по формуле:

τ-1 = 0,25 σв [1, стр.50]

где σв – предел прочности материала вала при температуре среды , МПа;

Наиболее часто в химико-фармацевтической промышленности используются легированные стали. Вал изготавливается из стали – 12ХН3А.

[σ] = [σ]1 +

[σ]2 = 525 (МПа); [σ]1 = 530 (МПа);

t2 = 200 °C; t1 = 100 °C; t=114 °C;

[σ] = = 529.3 МПа;[2, табл.П2.7]

τ-1 = 0,25 · 529.3 = 132.2 (МПа)

При постоянной скорости вращения вала или редком реверсировании принимают:

τа = τm = 0,5τК = ТКР / 2WР НЕТТО, [1, стр.50]

где ТКР – расчётный крутящий момент, МН · м;

ТКР = 0.133· 103 (Н · м);

WР НЕТТО – полярный момент сопротивления сечения вала по шпоночной

канавке в месте крепления ступицы мешалки, м3;

τК – касательные напряжения при кручении, МПа;

Величина WР НЕТТО учитывает уменьшение сечения вала за счёт шпоночной канавки и рассчитывается по формуле:

WР НЕТТО = , [1, стр.50]

где d1 – диаметр вала в месте крепления ступицы мешалки, м;

d1 = 0,040 (м)

bШ и tШ – ширина и глубина шпоночного паза на валу, м;

bШ = 0,014 (м); tШ = 0,0055 (м); [4, стр.426]

WР НЕТТО = = 3,13 · 10-4 (м);

τа = τm = 0.133 · 103 / 2·3,13 · 10-4 = 0.22 (МПа);

Т.к. σв < 700 МПа, то эффективный коэффициент концентраций напряжений Кτ = 1,4 [1, стр.51].

Kd = Kd1 +

Kd2 = 0,7; Kd1 = 0,73;

d2 = 50 (мм); d1 = 40 (мм); d = 40 (мм);

Kd = = 0.73;[1, табл.6, стр.51]

Т.к. σв < 750 (МПа), то ψτ = 0.[1, табл.7, стр.52]

nτ = 132.2 / (1,4 · 0.22 / 0,73) = 313.33

313.33 >1,5;

Наши рекомендации