Курсовая работа: Барабанная сушилка для сушки сахарного песка

;                                                                                    (3.61)

.

Согласно [7, стр. 30] принимаем стандартное значение модуля .

2.3.5.4 Суммарное число зубьев

Суммарное число зубьев:

;                                                                                  (3.62)

.

2.3.5.5 Число зубьев шестерни и колеса

Число зубьев шестерни:

;                                                                               (3.63)

.

Значение z1 округляем в ближайшую сторону до целого числа. Принимаем z1=18.

Число зубьев колеса определяем по формуле:

;                                                                                      (3.64)

.

2.3.5.6 Фактическое передаточное число

Находим фактическое передаточное число:

;                                                                                           (3.65)

.

Отклонение фактического передаточного от номинального

что допустимо [7, стр. 30].

2.3.5.7 Расчет основных геометрических параметров

Определяем делительный диаметр шестерни:

;                                                                                (3.66)

Определяем делительный диаметр колеса:

;                                                                               (3.67)

.

Определяем диаметр начальной окружности шестерни:

;                                                                                      (3.68)

.

Определяем диаметр начальной окружности шестерни:

;                                                                                 (3.69)

Определяем диаметр окружности вершин шестерни:

;                                                                      (3.70)

где: у – коэффициент воспринимаемого смещения

;                                                                      (3.71)

Где а – делительное межосевое расстояние

;

;

Определяем диаметр окружности вершин колеса:

;                                                                     (3.72)

.

Определяем диаметр впадин зубьев шестерни:

;                                                                      (3.73)

.

Определяем диаметр впадин зубьев колеса:

;                                                                     (3.74)

.

Рабочая ширина венца шестерни:

;                                                                                     (3.75)

.

Высота зуба

;                                                                               (3.76)

.

2.3.5.8 Определение окружной скорости и назначение степени точности

Окружная скорость шестерни определяется по формуле:

;                                                                                     (3.78)

.

Руководствуясь [7, табл.3.8, стр. 36] для открытых тихоходных передач с пониженным требованием точности с  назначается 9 степень точности.

2.3.5.9 Основные параметры шестерни и колеса

Модуль зацепления ;

Число зубьев: подвенцовой шестерни ;

Венцовой шестерни ;

Нормальный исходный контур по СТ СЭВ 308 – 76

Коэффициент смещения: подвенцовой шестерни ;

Венцовой шестерни ;

Делительный диаметр: подвенцовой шестерни ;

Венцовой шестерни ;

Начальный диаметр: подвенцовой шестерни ;

Венцовой шестерни ;

Диаметр вершин зубьев: подвенцовой шестерни ;

Венцовой шестерни ;

Диаметр впадин зубьев: подвенцовой шестерни ;

Венцовой шестерни ;

Межосевое расстояние ;

Ширина зубчатого венца ;

Высота зуба ;

Степень точности .

2.4 Прочностной расчет

2.4.1 Цель расчета

Целью данного расчета является проверка корпуса барабана на прочность, жесткость при известных геометрических размерах и характеристик материалов, а также расчет размеров бандажа и опорных роликов исходя из условий прочности.

2.4.2 Исходные данные для расчета

Внутренний диаметр барабана ;

Наружный диаметр барабана ;

Длина барабана ;

Расстояние от края до бандажа ;

Расстояние между бандажами ;

Расстояние от бандажа до венцовой шестерни ;

Масса продукта, находящегося в барабане ;

Масса корпуса барабана с насадкой ;

Диаметр опорного ролика ;

Угол между опорными роликами ;

Угол наклона барабана к горизонту ;

Материал корпуса барабана СтЗспЗ;

Материал бандажа 35Л;

Материал опорных роликов СЧ 20.

Все размеры представлены на рисунке 8.

2.4.3 Определение реакций опор и изгибающего момента в опасном сечении

Расчет ведем по [8].

Схема распределения нагрузок, действующих на барабан, приведена на рисунке 6.

Записываем силы, действующие на барабан в направлении оси ОХ и сумму моментов относительно точки В:

 ;                                  (3.79)

Где  - реакция опоры левого бандажа;

 - реакция опоры правого бандажа;

 - сила, действующая на барабан в месте установки венцовой шестерни,  [8, табл.3.29, стр. 260].

Рисунок 6. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов

Линейную нагрузку находим по формуле:

;                                                                                (3.80)

Преобразуем систему уравнений (3.79) к виду:

;                                                                 (3.81)

Находим максимальную реакцию опоры из условия:

;                                                                         (3.82)

По полученным данным строим эпюру поперечных сил и изгибающих моментов (рисунок 6).

По эпюре изгибающих моментов видно, что опасным является сечение 1-1. Для расчетов принимаем момент в сечении 1-1 равным

2.4.4 Расчет барабана на прочность

Напряжение возникающее в опасном сечении:

;                                                                                       (3.83)

Где  - момент сопротивления сечения барабана.

Определяем момент сопротивления сечения барабана:

;                                                                                  (3.84)

Где  - толщина стенки барабана, ;

 - средний диаметр барабана.

Определяем средний диаметр барабана:

;                                                                                (3.85)

Численное значение формул (3.84) и (3.83) составит:

;

.

Запишем условие прочности:

;                                                                                            (3.86)

Где  - допускаемое напряжение для материала барабана стали СтЗспЗ, согласно [8] .

Условие прочности выполняется: . Это означает, что при выбранных размерах барабана материал из которого он изготовлен выдержит возникающие нагрузки.

2.4.5 Расчет барабана на жесткость

Для проверки корпуса барабанной сушилки на жесткость определим относительный прогиб:

;                                                                                         (3.87)

Где  - суммарный прогиб от действующих нагрузок.

Определяем суммарный прогиб от действующих нагрузок:

;                                                            (3.88)

Где  - модуль упругости материала барабана [8];

 - момент инерции единичного кольца барабана;

 - линейная нагрузка от массы обрабатываемой селитры;

 - линейная нагрузка от массы барабана.

Момент инерции единичного кольца барабана:

;                                                                                        (3.89)

.

Линейная нагрузка от массы обрабатываемой селитры:

;                                                                                      (3.90)

Линейная нагрузка от массы барабана:

;                                                                                      (3.91)

.

Численное значение формул (3.87) и (3.88) составит:

.

Запишем условие жесткости:

;                                                                                             (3.93)

Где  - допускаемый относительный прогиб,  [8].

Условие жесткости (3.87) выполняется: . Барабан будет прогибаться в допустимых пределах.

2.4.6 Определение сил и моментов, действующих на бандаж

Реакция опорного ролика:

;                                                                                      (3.93)

.

Определяем изгибающий момент в сечениях бандажа. Изгибающий момент в любом сечении бандажа:

; (3.94)

Где  - суммарный изгибающий момент в ключевом сечении;

 - нормальное усилие;

 - средний радиус бандажа;

 - угол от вертикали бандажа до расчетного сечения;

 - силы, действующие на башмаки;

 - расчетные углы для отдельных пар сил;

 - угол между вертикалью и силой.

Все нагрузки действующие на бандаж представлены на рисунке 7.

Рисунок 7. Нагрузки, действующие на бандаж

Суммарный изгибающий момент в ключевом сечении:

;                                                                                    (3.95)

Где  - изгибающий момент, действующий на бандаж от i-ой силы.

Угол между башмаками:

;                                                                                           (3.96)

Где  - число башмаков [8, табл. 3.30, стр. 261].

В численном значении получаем:

Число башмаков в одном квадранте:

;                                                                                     (3.97)

.

Принимаем .

Сила, действующая на самый нижний башмак:

;                                                                                       (3.98)

.

Силы, действующие на башмаки

;                                                                              (3.99)

.

Расчетные углы для определения пар сил:

;

;                                                                                       (3.100)

;                                                                                       (3.101)

;

.

Средний диаметр бандажа:

;                                                                                   (3.102)

;

Средний радиус бандажа:

;                                                                                   (3.103)

.

Изгибающий момент в местах приложения сил:

;                                             (3.104)

;             (3.105)

;

Суммарный изгибающий момент по формуле (3.95):

.

Нормальное усилие:

;                                                                                 (3.106)

Где  - нормальные усилия в местах приложения сил и .

Нормальные усилия:

;                                                                     (3.107)

;                                         (3.108)

;

Численное значение формулы (3.106) составит:

Значения изгибающих моментов, действующих на бандаж, рассчитанные по формулам (3.94) сведены в таблицу 4, а эпюра представлена на рисунке 8.

Таблица 4. Значение изгибающих моментов в сечении бандажа.

Рисунок 8. Эпюра изгибающих моментов в сечениях бандажа

По эпюре изгибающих моментов выбираем опасное сечение при , отсюда максимальный изгибающий момент, действующий на бандаж

2.4.7 Определение геометрических размеров бандажа и опорных роликов

Геометрические размеры бандажа определяем из условия его работы на изгиб и контактную выносливость.

Ширина бандажа:

;                                             (        3.109)

Где  - модуль упругости материала бандажа,  [8, табл.VII, стр.285];

 - модуль упругости материала ролика,  [8];

 - допускаемое контактное напряжение,  [8, табл.3.25, стр.250];

 - наружный диаметр бандажа.

Наружный диаметр бандажа принимаем для расчета:

;                                                                                  (3.110)

.

Ширина бандажа составит:

Из конструктивных соображений принимаем .

Высота бандажа:

;                                                                                 (3.111)

Где  - допускаемое напряжение изгиба, .

В численном значении получаем:

.

Уточняем наружный диаметр бандажа:

;                                                                              (3.112)

.

Уточняем внутренний диаметр бандажа:

;                                                                               (3.113)

.

Диаметр внешней опорной поверхности башмаков:

;                                                            (3.114)

Где  - коэффициент линейного расширения материала барабана, ;

 - максимальный монтажный зазор между внутренним диаметром бандажа и наружным диаметром башмаков  [8, стр.250];

 - разность между температурами барабана в рабочем состоянии и при монтаже.

Разность между температурами барабана:

;                                                                                     (3.115)

Где  - температура сушильного агента на входе в сушилку;

 - температура воздуха при монтаже.

Численное значение формул (3.114) и (3.115) составит:

.

.

Ширина опорного ролика:

Где  - конструктивная добавка, компенсирующая отклонения при монтаже,  [8, стр. 251].

В численном значении получаем:

.

Контактные напряжения, возникающие в материале бандажа и ролика должны удовлетворять условию:

;                                         (3.116)

где - усилие, приходящееся на единицу длины контакта;

;                                                                                         (3.117)

;

Условие (3.116) выполняется: .

Ширина упорного ролика

;                                          (3.118)

Где  - угол наклона барабана, ;

 - угол конусности упорного ролика,  [8, стр. 251];

 - модуль упругости материала ролика,  [8];

 - масса бандажа, ;

 - масса футеровки, т.к. барабан не футерован то .

В численном значении получаем:

.

Округляем полученную величину до: .

Диаметр упорного ролика:

;                                                                         (3.119)

.

2.4.8 Определение напряжений от температурных воздействий

Напряжение в бандаже от температурных воздействий:

на наружной поверхности:

;                                        (3.120)

на внутренней поверхности:

;                                         (3.121)

Где  - коэффициент Пуассона, [8, стр. 251];

 - перепад температур в сечении бандажа;

;                                                                                  (3.122)

Где  - температура внутренней поверхности бандажа;

 - температура наружной поверхности бандажа.

;                       (3.123)

;                                                                 (3.124)

;                                           (3.125)

Где  - эквивалентное термическое сопротивление подкладок, воздушных просветов между ними и радиального зазора между бандажом и подкладок;

 - высота подкладок, [8, стр. 257];

 - радиальный зазор между бандажом и подкладками при установившемся режиме работы;

 - коэффициент теплопроводности материала бандажа, [8, стр. 257];

 - коэффициент теплопроводности материала подкладок, [8, стр. 257];

 - коэффициент теплопроводности воздуха;

 - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности бандажа в окружающую среду при работе аппарата на открытом воздухе;

 - температура корпуса барабана;

;; - гиперболические функции;

 - симплекс.

Определяем симплекс

;                                                                                       (3.126)

.

Находим значение формулы (3.125)

;

Тогда         .

Гиперболические функции:

Температура внутренней поверхности бандажа:

Температура наружной поверхности барабана:

.

Перепад температур в бандаже:

.

Напряжение в бандаже от температурных воздействий:

на наружной поверхности:

;

на внутренней поверхности:

.

Сравниваем полученные значения напряжений с допустимыми:

;                                                                                       (3.127)

;                                                                                       (3.128)

;

Условие прочности по температурным напряжениям выполняется.

2.4.9 Расчет бандажа на выносливость

Момент сопротивления бандажа:

;                                                                                        (3.129)

;

Максимальное напряжение в сечении бандажа под опорой :

на наружной поверхности:

;                                                                               (3.130)

;

на внутренней поверхности:

;                                                                            (3.131)

.

Максимальное напряжение в сечении бандажа под опорой :

на наружной поверхности:

;                                                                               (3.132)

;

на внутренней поверхности

;                                                                            (3.133)

.

Напряжения на наружной поверхности бандажа:

максимальное:

;                                                                           (3.134)

;

минимальное:

;                                                                            (3.135)

;

среднее:

;                                                                       (3.136)

;

амплитуда напряжений цикла

;                                                                       (3.137)

.

Напряжения на внутренней поверхности бандажа:

максимальное:

;                                                                           (3.138)

;

минимальное:

;                                                                            (3.139)

;

среднее:

;                                                                        (3.140)

;

амплитуда напряжений цикла:

;                                                                        (3.141)

.

Коэффициент запаса прочности:

на наружной поверхности:

;                                                              (3.142)

на внутренней поверхности:

;                                                               (3.143)

Где  - коэффициент концентрации напряжений стыковых швов с полным проваром для стали 35Л [8, стр.259];

 - коэффициент чувствительности материала бандажа к асимметрии цикла [8, стр.259];

 - коэффициент состояния поверхности для стали 35Л согласно [8, табл.3.26, стр.253];

 - коэффициент влияния размеров поперечного сечения на сопротивление усталости, принимаем согласно [8, табл.3.27, стр.254];

 - предел выносливости для стали 35Л, принимаем согласно [8, табл.3.26, стр.253].

В численном значении получаем:

;

.

Нормативный коэффициент запаса прочности

;                                                                         (3.144)

Где  - коэффициент, учитывающий неточность в определении нагрузок, [8, стр.254];

 - коэффициент, учитывающий неоднородности материала и повышенную его чувствительность к недостаткам механической обработки, [8, стр.254];

 - коэффициент условий работы, учитывающий степень ответственности детали, [8, стр.254].

Значение нормативного коэффициента составит:

Проверяем условие выносливости бандажа

;                                                                                     (3.145)

;                                                                                     (3.146)

;

.

Условие выполняется, следовательно, выносливость бандажа при заданных нагрузках обеспечена.

ВЫВОДЫ

В процессе выполнения проекта разработана конструкция барабанной конвективной сушилки для сушки сахарного песка и проведены расчеты, подтверждающие работоспособность аппарата: технологический, кинематический, энергетический и прочностной.

При выполнении технологического расчета определены основные параметры сушильного агента (воздуха), расход сушильного агента и расход тепла на сушку, а также получены основные размеры сушильного барабана: рабочий объем сушильного пространства барабана, диаметр и длина барабана.

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера. Это соответствует условию, что частицы высушиваемого материала не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана.

При выполнении энергетического расчета определены моменты на валах передаточных механизмов кинематической цепи и требуемая мощность привода. По полученному значению мощности выбран стандартный электродвигатель.

В процессе кинематического расчета определены все основные параметры передаточных и исполнительных механизмов: общее передаточное отношение от вала электродвигателя до вала ведущего звена исполнительного механизма, конструктивные параметры зубчатой передачи барабанной сушилки, частоты вращения валов.

В процессе выполнения прочностного расчета проведены расчеты барабана на прочность, жесткость и выносливость, определены нагрузки, действующие на бандаж: изгибающий момент и нормальная сила, а также определены геометрические размеры бандажа и опорного ролика.

При расчете получили, что условия прочности, жесткости и выносливости выполняются.

Таким образом, разработанная конструкция барабанной сушилки для сушки сахарного песка является оптимальной, и проведенные расчеты обеспечивают надежность работы аппарата.

ЛИТЕРАТУРА

1.   Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности / М.Е. Иванов, В.М. Олевский, Н.И. Поляков и др. – М.: Химия, 1990. – 288с.: ил.

2.   Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для техникумов. 2-е изд. – М.: Химия, 1962. – 848 с.

3.   А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2001. – 756с.

4.   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. Пособие для вузов Под ред. П.Г. Романкова. 10- изд. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

5.   Примеры и задачи по курсу «Машины и аппараты химических производств» (технологические расчеты): Учеб. пособие/ В.М. Ульянов, А.А. Иванов, А.А. Сидягин, А.И. Пронин, В.А. Диков; Под ред. В.М. Ульянова; Нижегород. гос. техн. ун-т. Н.Новгород, 2003.356 с.

6.   Остриков А.Н., Парфенопуло М.Г., Швецов А.А. Практикум по курсу « Технологическое оборудование» / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 1994. – 424с.

7.   Чернавский С.А. Проектирование механических передач. М.: Машиностроение, 1984.

8.   Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учеб. пособие для студентов втузов / М.Ф. Михалев, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобнин; Под общ. ред. М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. – 301 с ., ил.

9.   Лащинский А.А.     Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1981. – 382 с., ил.