Шпоночное соединение ступицы мешалки с валом.

Крутящий момент с вала на ступицу мешалки передается при помощи призматической шпонки 3 (рис. 12), размещенной в шпоночных пазах вала 1 и ступицы 2. Боковые грани на половине своей высоты шпонки испытывают напряжения смятия s_см, а продольное сечение - напряжения среза t_ср. Шпонку рекомендуется изготавливать из того же материала, что и вал.

Допускаемые напряжения [s] принимаются равными нормативным допускаемым напряжениям s* (см. табл. 1).

Для ступиц мешалок рекомендуется применять высокие шпонки, размеры поперечного сечения которых (рис. 12) выбираются исходя из диаметра вала d₁ на участке под ступицей

Рис. 12. Схема к расчету шпоночного соединения

Таблица 11

Размеры сечений высоких шпонок и пазов по ГОСТ 10748-79, мм (выборка для d₁=0,080)

Диаметр вала	Размеры сечений шпонок	Глубина паза
d1	b	h	t	t1
Свыше 85до 95	25,0	22,0	13,0	9,4

Длины призматических шпонок l (м) назначают конструктивно с учетом высоты ступицы h

l_ш= h_с– (0,01 ¸ 0,02), (66)

l_ш=0,15-0,01=0,14 м

Полученное значение округляют до стандартного из ряда (по ГОСТ 23360-78): 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400.

l_ш=140 мм

Для шпоночного соединения (рис, 12) выполняется проверочный расчет на смятие. Шпонка испытывает смятие с двух противоположных сторон: со стороны вала (на рис. 12 в поперечном сечении нижняя часть одной из боковых поверхностей), и со стороны ступицы (на рис. 12 верхняя часть противоположной боковой поверхности)

Сила, вызывающая смятие

F=Т_кр/(0,5_*d₁), (67)

где d₁ - диаметр участка вала под ступицу мешалки (см. рис. 12).

F=1282,4/0,5*0,095=27 кН

Поверхность смятия определяется по формуле

А_см=(l - b)_*(h - t), (68)

А_см= (0,14 - 0,025)_*(0,022 - 0,013) = 0,000225 м² = 1,035*10^-3 мм²

Условие прочности шпонки на смятие

s_см= F/А_см £ [s]_см, (69)

где s_см - напряжение смятия на боковой поверхности шпонки, Па; [s]_см = 1,5_*[s] - допускаемые напряжения на смятие материала шпонки, Па.

[s]_см=1,5_*149*10⁶=223,5 МПа

s_см=27000 /1,035*10^-3 =26,8 МПа£223,5 МПа

Условие выполняется.

Муфты

Муфта соединяет вал привода с валом мешалки и передает крутящий момент. Типоразмер муфты зависит от типа привода и диаметра вала. В приводах II и IV типов используются фланцевые муфты, в приводе I типа - продольно-разъемная муфта. Муфты, выбранные по диаметру вала при эскизной компоновке аппарата, проверяются на нагрузочную способность по условию

Т_р.м = Т_кр/(h_2*h₃) £ Т_ном, (70)

где Т_р.м – расчетный крутящий момент на участке вала под муфту, Н_*м; h₂, h₃ – соответственно КПД подшипников и уплотнения, вводимые в расчет с учетом схемы привода (см П. 3.2.1); Т_ном - номинальный (допускаемый) крутящий момент для выбранного типоразмера муфты, Н_*м

Т_р.м=1282/0,98=1,3 кНм£2,0 кНм

Условие выполняется.

Уплотнения

Проверочный расчет сальникового уплотнения выполняется в предположении, что герметичность уплотнения будет обеспечена, если боковое давление набивки на вал р_х в ее нижней части будет не менее избыточного давления среды р_и (рис. 13). При этом требуемое давление втулки на сальниковую набивку р_с (Па):

р_с=р_и*exp((4_*m_*k_*h)/(d_k - d))/k, (71)

где k = p_x/p_y – коэффициент бокового давления сальниковой набивки; m -коэффициент трения между набивкой и валом, набивкой и стенкой камеры (среднее значение); h - высота набивки, м; d, d_k – соответственно диаметр вала и камеры, м.

Рекомендуемые значения коэффициентов:

Набивка ФФ по ГОСТ 5152-84 (фторолоновая, пропитанная суспензией фторопласта, t_max 100 ⁰С) k = 0,5; m = 0,08;

Уплотнение для вала, диаметром 95 мм. диаметр камеры d_k=120 мм; высота набивки h=110 мм.

р_с=0,2*10⁶_*exp((4_*0,08_*0,5_*0,11)/(0,12 - 0,095))/0,5 = 0,8 МПа

Усилие затяга шпилек нажимной втулки определяется по формуле

F_з=p_*(d_k² – d²)_*p_c/(4_*z), (72)

где z - число шпилек.

z=12

F_з=3,14_*(0,12² – 0,095²)_*0,808/(4_*12) = 284,1 Н

Рис. 13. Схема к расчету сальникового уплотнения: 1 – вал; 2 – втулка нажимная; 3 – набивка; 4 – корпус; 5 – шпилька

Шпильки проверяются на прочность по условию

s = 1,3_*F_з/А_б £ [s]_ш, (73)

где s - расчетное напряжение, Па; 1,3 - коэффициент, учитывающий напряжения кручения, возникающие при затяжке шпилек в процессе эксплуатации уплотнения; А_б - расчетная площадь сечения шпильки, определяемая по табл. 11 ; [s]_ш - допускаемое напряжение для материала шпильки, Па.

[s]_ш= 126000000 Па=126 МПа

s=1,3_*284,1 /0,000324 = 1,13 МПа £ 126 МПа.

Условие выполняется.

Заключение.

Проведены расчёты элементов корпуса и механического перемешивающего устройства. Все расчётные величины в разделах взаимосвязаны и приведены в строгое соответствие друг с другом.

В ходе расчётов возникли ситуации, когда было необходимо применять нестандартные решения, т.е. применять нестандартные типовые элементы. В частности, для мешалки необходимо увеличить толщину лопасти из –за невыполнения условия прочности. В остальных элементах аппарата допустимо использование стандартных деталей.

Было также проведено исследование фланцевого соединения люка, т.к. у аппарата нет отъёмной крышки оно в настоящей пояснительной записке приведено.

Не смотря на небольшую высоту аппарата необходимо использовать опоры – лапы, т.к. используется коническое днище.

Был проведен расчет сальникового уплотнения – все условия выполняются.

По данным расчетам аппарат готов к эксплуатации в соответствии с техническими требованиями.