Цель работы:
ознакомится с порядком расчета и конструирования ротационных аппаратов (печь) с медленно вращающимися барабанами с использованием метода начальных параметров, подбор электродвигателя и редуктора; с проработкой на чертеже.



Начальные данные




Коэффициент заполнения барабана ;

Коэффициент заполнения приемной насадки ;

Коэффициент заполнения периферийной насадки ;

Коэффициент заполнения секторной насадки ;

Коэффициент заполнения основной винтовой насадки ;

Длина барабана ;

Длина приемно-винтовой насадки ;

Длина лопастной периферийной насадки ;

Длина основной винтовой насадки ;

Длина секторной насадки ;

Число опорных роликов ;

Угловая скорость вращения барабана ;

Насыпная масса ;

Масса барабана ;

Угол расставки роликов ;

Равномерно-распределенная нагрузка ;

Внутренний диаметр барабана ;

Наружный диаметр барабана ;




Наружный диаметр бандажа ;

Диаметр опорного ролика ;

Диаметр цапфы опорного ролика ;

Напряжение срезов материала болтов крепления кронштейнов роликов ;

Коэффициент сил трения ;

Модуль Юнга .



Расчетная часть

I
Определение необходимой мощности привода

1 Площадь поперечного сечения барабана аппарата, занятая материалом, м², определяется по формуле:



где
D
– внутренний диаметр футеровки;

 – коэффициент заполнения барабана.





2 Масса материала находящаяся внутри барабана аппарата, кг, определяется по формуле:



где  длина барабана, м;

 насыпная масса материала, кг/м³.

.


3 Момент трения качения бандажей по роликам и от трения в подшипниках качения, Н∙м, определяется по формуле:








где масса корпуса аппарата с закрепленными на нем деталями, кг;

наружный диаметр бандажа, м;

 диаметр опорного ролика, м; ;

 коэффициент трения между бандажом и роликами; ;

 коэффициент трения в подшипниках качения; ;

 диаметр цапфы оси опорного ролика, м, ;

угол между вертикальной осью сечения барабана и осью опорного ролика; .

.


4 Момент от действия силы тяжести материала, находящегося в барабане аппарата, Н∙м, определяется по формуле:



где отношение заданной насыпной массы материала кг/м³ к ;

.

момент от действия силы тяжести материала, приходящегося на 1 метр длинны барабана при насыпной массе материала , определяется по номограмме на рисунке 1; ;







отношение заданной длины барабана в метрах к 1 метру, определяется:

;

.



5 Суммарный момент, Н∙м, определяется по формуле:



.


6 Расчетная мощность привода, кВт, определяется по формуле:

,




где угловая скорость барабана, рад/с;

коэффициент учитывающий перекосы при монтаже, неточности сборки и т. п., принимается ;

коэффициент полезного действия привода, принимается .

.



7 Установочная мощность привода, кВт, определяется по формуле:



где коэффициент снижения мощности электродвигателя;

;

коэффициент, учитывающий конструктивное исполнение электродвигателя, выбираем по таблице 1,  для электродвигателя в исполнении защищенном;

Таблица 1




 коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды; при температуре 40⁰С .

.

.




II

Расчет элементов на прочность

1 Изгибающий момент барабанов с бандажами, Н∙м, определяется по формуле:

,

где длина барабана;

нагрузка, Н:

,

где масса материала.

;

.



2 Возникающее в стенках барабана напряжение, Н/м², определяется по формуле:



где  изгибающий момент барабана с бандажами, Н∙м;

 толщина стенки барабан, м, определяется по формуле:




;


.



3 Реакция опорного ролика, Н, определяется по формуле:




где коэффициент неравномерности распределения нагрузки между роликами, , принимаем ;

число роликов;




 угол расстановки роликов.


.



4 Величина момента, изгибающего бандаж, Н∙м, определяется по формуле:



где  внутренний радиус бандажа (равен наружному радиусу барабана);

;

 коэффициент, величина которого зависит от способа крепления бандажа, для жесткого крепления ;

.

Напряжение, возникающее от момента изгибающего бандаж, Н/м², определяется по формуле:



где толщина бандажа, м;

;

.

При взаимном нажатии двух цилиндров, радиусы нормальных сечений которых
R
_Б
и
R
_Р
с параллельными образующими при равномерно распределенной нагрузке
q
площадка контакта может иметь форму прямоугольника. Ширина (в метрах) последнего может быть определена по формуле:






где , .

.



5 Ширина бандажа, определяется по формуле:




где
q
– равномерно-распределенная нагрузка, Н/м², принимаем равным .

.




6 Наибольшее напряжение сжатия действующее в точках оси площади контакта, Н/м², определяется по формуле:

;

;

;

.



7 Наибольшее касательное напряжение в опасной точке, МПа, определяется по формуле:

.

Применяя энергетическую теорию прочности, можно получить эквивалентные, напряжения в опасной точке.

.



8 Сила, прижимающая кронштейн опорного ролика к основанию, Н, определяется по формуле:

.



9 Сила, действующая на ролик по горизонтали и стремящаяся срезать болты, крепящие кронштейн к основанию, Н, определяется по формуле:

.



10 Пренебрегая силой затяжки болтов, найдем горизонтальную силу, которую воспринимают болты крепления кронштейнов, Н, по формуле:



где сила трения, принимаем равным 0,2.

.


11. Диаметр внутренней резьбы болта крепления кронштейна из условия среза, м, определяется по формуле:



где допускаемое напряжение среза для материала болта, .

.





III
Подбор болтов кронштейна, двигателя и редуктора

1 Подбор болта кронштейна

Подбираем номинальный диаметр резьбы болта [2, с. 467], исходя из найденного значения диаметра  внутренней резьбы болта крепления кронштейна и из условия среза.

Принимаем номинальный диаметр резьбы болта кронштейна  Шаг резьбы болта

. Внутренний диаметр резьбы


2 Подбор двигателя

Исходя из установочной мощности двигателя,, подбираем [1, с. 807], двигатель , мощностью , синхронной частотой вращения ,  и угловой скоростью вращения вала ротора

Определяем необходимое передаточное отношение редуктора.

Общее передаточное отношение с двигателя на барабан.

,

где  угловая скорость вращения вала двигателя;

угловая скорость вращения барабана.

.

Необходимо учесть, что в конструкции привода имеется открытая зубчатая передача, с передаточным отношением, . Номинальный вращающий момент .

 – передаточное отношение, которое должен обеспечить редуктор.

 – вращающий момент, который должен выдавать редуктор на выходном валу.



3 Подбор редуктора

Таким образом, необходим редуктор, который обеспечит передаточное отношение,  и номинальный вращающий момент не менее  . Подбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор типа Ц2У–160, [1, с. 688], номинальный вращающий момент на выходном валу , номинальное передаточное число , фактическое .



4

Подбор муфт



Исходя из рассчитанных параметров вращающего момента на входном валу, выбираем муфты упругие втулочно-пальцевые по ГОСТ 21424-93, рассчитанные на максимальный вращающий момент равный 500 Н
×
м, допускающая угловое смещение осей соединяемых валов до 1° и радиальное смещение от 0,5 до 1,2 мм.

Данный тип муфты соединят двигатель и редуктор, редуктор и исполнительный механизм. При установке редуктора и электородвигателя на общей раме допускаемая несоосность валов сравнительно невелика, поэтому от таких муфт не требуется высоких компенсирующих свойств. Т. к. эта муфта соединяет сравнительно быстроходные валы, то в целях уменьшения пусковых и других динамических нагрузок она обладает малым моментом инерции и упругими свойствами. Муфты применяют с резиновыми упругими элементами таблица 9.5 [3, с. 426].

Эти муфты отличает: небольшие габаритные размеры, простота монтажа без осевых смещений соединяемых валов, способность компенсировать радиальные и угловые смещения валов за счет взаимных перемещений деталей муфты и наличия зазоров.




Список используемых источников



1.                     
Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. т. 3; М., 1999 г.

2.                     
Звездаков В. П. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения деталей машин в примерах и задачах. Учебное пособие; Барнаул, 2000 г.

3.                     
Чернилевский Д. В. Детали машин и основы конструирования: учебник для ВУЗов. – М.: Машиностроение, 2006 г. – 656 с.: ил.