Луцко А.Н., Марцулевич Н.А. и др. Механика

Подождите немного. Документ загружается.

281

В результате расчета показано, что двутавровое сечение балки

№ 36 удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Если условие жесткости не выполняется, необходимо выбрать

новый номер двутавра из условия:

 

max

zzтр



Контрольная работа № 6.

Настоящая контрольная работа состоит из двух небольших задач.

первой задаче требуется определить расчетные,

исполнительные толщины стенок и допускаемые давления различных

оболочек технологического аппарата. Схемы корпусов

технологических аппаратов, соответствующие разным вариантам

заданий, приведены на следующей странице, а исходные данные для

расчета представлены в таблице.

Исходные данные

Номер

варианта

Внутренний

диаметр,

мм

Давление в

корпусе, Р

МПа

Основной

компонент

Плотность,

, кг/м

Концентр

ия, С

массовые

Температур

а среды,

Срок

службы

аппарата,

, лет

0 1000 1,0 КОН 1280 30 60 10

1 1200 1,3 вода 1000 – 20 12

2 1400 0,8 H

1025 5 40 14

3 1600 0,75 AlCl

1090 10 20 16

4 1800 0,5 глицерин 1200 – 80 11

5 2000 0,3 КОН 1280 30 20 13

6 2200 0,25 НNO

1400 10 50 15

7 2400 1,2

нефтепро

дукты

840 – 70 10

8 2600 0,7 AlCl

1090 10 50 16

9 2800 0,4 толуол 870 – 50 14

282

Схемы корпусов технологических аппаратов

цилиндрическая

сферическая

цилиндрическая

коническая

эллиптическая

цилиндрическая

сферическая

цилиндрическая

120

коническая

эллиптическая

цилиндрическая

эллиптическая

цилиндрическая

коническая

цилиндрическая

сферическая

коническая

цилиндрическа

сферическая

коническая

эллиптическая

цилиндрическая

сферическая

эллиптическая

цилиндрическая

коническая

283

Пример решения

Пусть требуется определить толщины стенок цилиндрического

сосуда диаметром 1600 мм с плоскими крышкой и днищем, давление

внутри аппарата 0,6 МПа, температура 70

º, основной компонент –

толуол с плотностью 870 кг/м

. Срок службы аппарата 10 лет.

Решение. Первоначально по таблице коррозионной стойкости

(приложение Б) подбирается основной конструкционный материал

аппарата. При выборе марки стали следует учитывать ее

коррозионную стойкость в рабочей среде или температуру не меньше

рабочей. Рекомендуется применять углеродистые или легированные

стали со скоростью коррозии П не более 0,1мм/год, т.е.

вполне

стойкие

(в таблице приложения Б они обозначаются буквой В).

Предпочтение следует отдавать углеродистым и низколегированным

сталям.

Например, для толуола при температуре 70

º выбираем сталь

12Х18Н10Т, т.к. она оказывается стойкой и при 100

С.

Значения нормативных допускаемых напряжений σ

при рабочей

температуре для выбранного материала находятся по таблице

приложения В. Допускаемые напряжения материала для рабочих

условий определяются по формуле:

[σ]=η

где σ

– нормативные допускаемые напряжения при рабочей

температуре для выбранного материала, МПа;

– поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки

рассчитываемого элемента (η

=1 для листового проката);

– поправочный коэффициент, учитывающий степень опасности

рабочей среды (η

принять равным 0,9). В нашем случае:

[σ]=1∙0,9∙174∙10

=156,6∙10

Па=156,6 МПа.

Оболочки аппаратов изготавливаются из стальных листов

сваркой. Прочность материала в зоне сварного шва снижается из

-за

термического воздействия электрической дуги и ряда других

факторов. В прочностные расчеты вводится

коэффициент прочности

сварного шва

φ ≤ 1, несколько уменьшающий допускаемые

напряжения материала (φ принять равным 0,8).

Элементы аппарата, находящиеся в контакте с рабочей средой,

из

-за коррозии с течением времени уменьшаются по толщине.

Прибавка для компенсации коррозии

c определяется по формуле:

с=П∙Т

=0,1∙10

-3

∙10=1∙10

-3

м=1 мм.

284

Поскольку аппарат состоит из цилиндрической части и двух

одинаковых плоских крышек, то для расчета используем формулы для

данных элементов. Расчетная толщина цилиндрической стенки из

условия прочности (7.12):

 

мм,м,

,,,

DР

цр

88210882

10450106156802

10160010450



















Расчетная толщина плоской крышки и днища из условия

прочности (7.19):

 

мм,м,

плр

5241105241

1061568016

104503

101600



















Окончательно исполнительную толщину стенки подбирают из

ряда значений стандартной толщины листов. Для этого к расчетной

толщине листа добавляют прибавку

с для компенсации коррозии и с

прибавку для округления толщины листа до стандартного значения.

Прибавку

в каждом уравнении подбирают так, чтобы толщина

стенки оболочки совпадала со стандартной толщиной листа

, при этом

должна быть не меньше минусового допуска u на толщину листа,

таблица Приложения Г.

мм,,ссss

црц

51211882



мм,,ссss

плрпл

4548215241











Допускаемое внутреннее давление для цилиндрической оболочки:





,МПа,МПа,Па,

)(

),(,,

сs(

.д

4505460105460

1051600

105015106156802





















Допускаемое внутреннее давление для плоской оболочки:





 





.МПа,МПа,Па,

)(

сs(

.д

4506260106260

1016003

102114510615616



















285

В качестве допускаемого внутреннего давления для всего

аппарата принимается наименьшее из расчетных значений

д.в

Таблица – допускаемые внутренние давления в аппарате, МПа

Элементы

корпуса

Цилиндрическая

обечайка

Днище Крышка Общее для

всех

Давление 0,546 0,626 0,626 0,546

Во второй задаче требуется определить угловые скорости и

моменты на всех валах привода машины.

Расчетные схемы приводов

ро

286

Исходные данные

№

варианта

Тип и обозначение машины

p.o

кВт

p.o

об/мин

0 Мельница шаровая МШР-1000УВ 8,6 4 1000

Сушилка барабанная

СВ

-1600-10000-1

12 3 750

2 Бегуны мокрого помола 28 3 1500

3 Смеситель СЛЛ-630 5 80 3000

4 Транспортер цепной 2,6 10 1000

5 Шнек смесителя СВК-6300 0,5 29 1500

6 Вакуум-фильтр барабанный 1,4 6 750

Смеситель центробежный

СЦ

-630

14 70 3000

8 Каландр 360-1100 31 24 1500

9 Бегуны сухого помола 12 80 3000

Расшифровка индексов элементов привода на схемах

б - быстроходный пр – привод

д - двигатель р.о – рабочий орган

з.ц – зубчатая цилиндрическая р.к – клиноременная передача

з.к – зубчатая коническая р.п – плоскоременная передача

м.к – муфта компенсирующая с – синхронный

п.к - подшипник качения т – тихоходный

п.с – подшипник скольжения ц.п – цепная передача

ред – редуктор ф.п – фрикционная передача

Пример решения

Пусть требуется выполнить кинематический расчет закаточного

устройства ИРО

-1612 (см. рисунок) N

p.o

=8,2 кВт, n

p.o

=12,5 об/мин, n

=3000 об/мин.

Расчетное значение передаточного отношения привода:

240

512

3000



р.о

пр

Из схемы устройства следует,

что привод состоит из:

фрикционной передачи,

х х

ро

р.о

287

конического или коническо–цилиндрического редуктора и

клиноременной передачи, Приложение Д. Общее передаточное

отношение привода с учетом его структуры имеет вид:

пфредкрпр

iiii



где i

р.к

, i

ф.п

, i

ред

– передаточные отношения клиноременной,

фрикционной передач и редуктора.

Назначаем передаточные отношения дополнительных передач

(кроме редуктора) по рекомендациям, приведенным в Приложении Е

так, чтобы i ≤

max

. Например, для клиноременной передачи

максимальное передаточное отношение равно 6, принимаем:

р.к

= 4,0;

для фрикционной передачи – 7 принимаем: i

ф.п

= 5,0.

Тогда предварительное значение передаточного отношения

редуктора с учетом принятых

р.к

, i

ф.п

240







пфкр

пр

ред

По величине i

ред

уточняем его тип в соответствии с приведенной

таблицей: двухступенчатый коническо

-цилиндрический (i

ред max

=28).

Характеристики типовых конструкций передач, муфт, подшипников

Наименование механизма

max

, кВт i

max

КПД, %

Открытые механические передачи, механизмы

цилиндричекая 50 000 10 93

коническая 40 000 5 88

Зубчатые

передачи: (одна

ступень)

червячная (

=1) 60 40 30

клиновым 50 6 95Ременные

передачи с

ремнем

плоским

50 6 96

Цепная передача 120 8 94

Фрикционная передача 20 7 80

Подшипники качения (скольжения) 99 (98)

Муфты компенсирующие 50 000 97÷99

Редукторы

одноступенчатый 8 98

двухступенчатый 40 96

Цилиндрические

трехступенчатый

50 000

400 94

Конический одноступенчатый 5 96

двухступенчатый 28 94Коническо-

цилиндрический

трехступенчатый

40 000

180 91

288

ро

х х

1 2

Определяем передаточные числа ступеней: быстроходной

ступени по графику, U

= 3,8. Вычисляем передаточное отношение

для тихоходной ступени: т.к. передаточное отношение редуктора

равно произведению передаточных чисел отдельных ступеней:

бт

UUi

ред



, то

16,3

8,3



ред

Окончательно по Приложению Е принимаем стандартные

значения передаточных чисел: U

= 3,15; U

= 3,55. Таким образом,

.18,1155,315,3







ред

Перед выполнением расчетов составляется полная

кинематическая схема привода

с нумерацией валов от

электродвигателя к рабочему

органу (см. рис).

Общий КПД привода η

пр

соответствии:

.70,098,080,094,095,0





мфпфредкрпр



8 10 20 30 50 70 100 200 300

ред

1 – U

для двухступенчатого редуктора,

2 – U

для трехступенчатого редуктора,

3 – U

для трехступенчатого редуктора

Разбивка передаточного отношения по ступеням

289

Определяем потребляемую мощность двигателя:

Вт11712

70,0

8200



пр

ор



По таблице Приложения Е с учетом частоты вращения n

=3000

об/мин выбираем двигатель с номинальной мощностью N ≥ N

4А16082 с параметрами: N = 15,0 кВт; КПД = 88,0%.

Определяем угловые скорости и моменты на валах привода.

Угловая скорость 1

-го вала (вала двигателя):

314

3000















рад/с.

Поскольку для клиноременной и фрикционной передачи:

вх

вых





, а для зубчатых и червячных передач:

вх

вых





, то угловая

скорость 2

-го и следующих валов:

314





рад/с;

5,78

0,4

314



кр



рад/с;

93,24

15,3

5,78





рад/с;

02,7

55,3

93,24





рад/с;

4,1

0,5

02,7



пф



рад/с.

Таким образом, расчетное значение n

p.o

4,13

4,130

р.о















об/мин.

Отклонение от заданного значения:

%72,6100

4,13

5,124,13

100

р.о











Т.к. отклонение от заданного значения n

p.o

больше допустимого

4%, следовательно, необходимо изменить разбивку по ступеням.

Принимаем

р.к

= 5; i

ф.п

= 5,0, U

= 3,15; U

= 3,15, тогда

314





рад/с;

314





рад/с;

8,62





рад/с;

94,19





рад/с;

33,6





рад/с;

27,1





рад/с;

09,12

р.о



об/мин;

%39,3

р.о





Крутящий момент 1-го вала (вала двигателя):

290

3,37

314

11712





Нм.

Крутящий момент 2

-го и следующих валов:

55,3698,03,37







мф

ТT



Нм;

63,17395,00,555,36

..23







кркр

iТT



Нм;

05,52596,015,363,173

1б34







ред

UТT



Нм;

84,162098,015,305,525

2т45







ред

UТT



Нм;

35,64838,00,584,1620

..56







пфпф

iТT



Нм.

Результаты расчета заносятся в таблицу.

№ вала ω, рад/с Т, Н∙м

1 314 37,3

2 314 36,6

3 62,8 173,63

4 19,94 525,05

5 6,33 1620,8

6 1,27 6483,4