Проектирование привода смесителя

Проектирование привода смесителя

Введение

Смесители предназначены для смешивания различных ингредиентов и взаиморастворимых сред с целью равномерного распределения их по всему объему смеси без изменения структуры. Специальные емкостные смесители снабжаются рабочим инструментом, изменяющим консистенцию ингредиентов, а также «рубашкой» для тепловой обработки смеси. Смесители, применяемые в промышленности, можно классифицировать по различным признакам: по принципу действия; по технологическому назначению; по конструктивным особенностям аппаратов смешивания.

По принципу действия аппараты делятся на смесители непрерывного и периодического действия.

В связи с тем, что достижение равномерности распределения ингредиентов является процессом, зависящим, в частности от времени, смесители, как правило, относятся к емкостному оборудованию периодического действия, где смешивание дозированных ингредиентов осуществляется в резервуаре определенной вместимости, снабженном мешалкой, в течение заданного времени. В то же время встречаются конструкции смесителей непрерывного действия.

По виду перемешиваемых ингредиентов аппараты делятся на смесители:

·        для жидких ингредиентов и взаиморастворимых сред;

·        сыпучих ингредиентов;

·        комбинированные - для сыпучих ингредиентов и жидких сред.

По конструктивным особенностям аппараты делятся:

·        на смесители, снабженные мешалкой;

·        смесители, снабженные мешалкой и рабочим инструментом (ножами);

·        смесители, снабженные мешалкой, рабочим инструментом (ножами) и «рубашкой».

В первом типе смесителей осуществляется только перемешивание ингредиентов и взаиморастворимых жидких сред, без изменения их структуры; во втором возможно также измельчение твердых и пластичных ингредиентов; в третьем - перемешивание, измельчение ингредиентов и тепловая обработка смеси.

Проектируемый привод состоит из электродвигателя, муфты, конического редуктора, двух цепных передач, двух пар подшипников качения, промежуточного и приводного вала, кожухов, сварной рамы. Привод приводится в действие при помощи электродвигателя.

1. Кинематическая схема привода

Таблица 1 - Параметры на валах

Электродвигатель:

―      мощность:

―      частота вращения:  об/мин

Цепная передача:

―      число зубьев ведущей звездочки

―      число зубьев ведомой звездочки

―      передаточное число цепной передачи = 2

Цепная передача:

―      число зубьев ведущей звездочки

―      число зубьев ведомой звездочки

―      передаточное число цепной передачи = 3,1.

2. Расчетная часть

.1 Кинематический расчёт привода

В соответствии с заданной кинематической схемой привода оценим коэффициент полезного действия передач, входящих в привод:

, (1)

где  - КПД привода и составляющих его элементов.

Значения коэффициентов полезного действия выбираем в соответствии с табл. 1.1 [1] , где

 - КПД муфты (=0,99)

 - КПД конического редуктора (=0,94)

 - КПД цепной передачи (=0,96)

 - КПД цепной передачи (=0,96)

 - КПД подшипников качения (=0,99)

Определяем расчётную мощность двигателя:

, кВт (2)

где  - мощность рабочего органа, кВт

 кВт

Оценим возможные передаточные отношения каждого элемента.:

 (3)

= (1…6,3) конического редуктора

= (2...4) цепной передачи

= (2…4) цепной передачи

Число оборотов электродвигателя соответственно:

, об/мин (4)

, об/мин (5)

 об/мин

 об/мин

По значениям частоты вращения двигателя и мощности двигателя осуществляем подбор двигателя по справочнику [таблица 3.1; 1].

АМУ160МВ8

Для него мощность кВт, частота вращения =750 об/мин.

Определяем уточнённое передаточное отношение.

Принимаем передаточное число конического редуктора = 6,3.

Принимаем передаточное число цепной передачи = 2.

 (7)

Определяем частоту вращения на валах:

= (8)

=710 об/мин

= (9)

=710 об/мин

 (10)

=710/6,3=112,7об/мин

 (11)

112,7/2=56,35 об/мин

=/ (12)

=56,35/3,1=18,18 об/мин

Определяем угловые скорости на валах:

 (13)

рад/с

 рад/с (14)

 (15)

 рад/с

 (16)

  рад/с

 (17)

  рад/с

Определяем мощности на валах:

 (18)

  кВт

 (19)

  кВт

 (20)

  кВт

 (21)

  кВт

 (22)

 =4,180,960,995=4,00 кВт

По известным мощностям и угловым скоростям определим крутящие моменты:

 (23)

смеситель двигатель привод цепной

 (24)

 (25)

 (26)

 (27)

2.2 Выбор редуктора

Конический редуктор выбираем по двум параметрам: передаточное отношение и крутящий момент на тихоходном валу.

 Нм

По крутящему моменту на тихоходном валу определяем значение отношения:

; (28)

где - заданный наибольший момент на тихоходном валу редуктора.₁ - коэффициент, учитывающий характер нагрузки₂ - коэффициент, учитывающий продолжительность работы₁ = 1; K₂ = 1,25

Принимаем срок службы редуктора t = 20000 ч. Тогда по графику 14 на с.321, [2] находим коэффициент К₂=1,25 по поверхностной прочности зубьев и К₂=1,1 по изгибу зубьев.

По поверхностной прочности зубьев:

По изгибу зубьев:

По таблице 192 и 193 [2] при  об/мин для передаточного числа  находим значение, близкие к расчётным по поверхностной прочности. Эти значения соответствуют редуктору узкого типа  мм.

2.3 Расчёт цепной передачи 1

Исходными данными для расчета цепной передачи являются:

мощность ведущего вала передачи N_III = 4,38 кВт;

частота вращения ведущего вала передачи n_ІІІ=112,7 об/мин;

передаточное отношение ведущего вала передачи U = 2.

Расчет числа зубьев звездочек:

Числа зубьев звездочек находятся по формулам: Ведущей

; (29)

₁

 (30)

₂

Условия эксплуатации:

Коэффициент эксплуатации находим по формуле [8, с.5-6]:

, (31)

где1,2- коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки ;

1 - коэффициент, учитывающий межосевое расстояние;

1 - коэффициент, учитывающий наклон линии центров звёздочек к горизонтали (угол наклона цепи равен нулю (цепь не наклонена));

1,1 - коэффициент, зависящий от способа регулирования натяжения цепи;

1,3 - коэффициент, учитывающий характер смазки;

1,25 - коэффициент, зависящий от продолжительности работы в сутки;

Таким образом, получим:

Среднее допускаемое давление в шарнирах ([8]табл. 3.1)  Н/мм²

Ориентировочное значение шага цепи:

Шаг цепи находим по формуле:

, (32)

где m_р=1 - цепь однорядная;

мм

Для определения оптимального значения шага цепи зададимся тремя смежными шагами однорядной приводной роликовой цепи нормальной серии типа ПР по ГОСТ 13568-75 и расчёт сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Расчёт цепной передачи

Частота вращения меньшей звёздочки n₁,об/мин Допускаемая частота вращения меньшей звёздочки , об/мин

по таблице 3.4112,7

,7

,7

Условие

Cредняя скорость цепи υ, м/с Допускаемое значение [υ], м/с         1,2861,621,94Условие

Уточнённое межосевое расстояние а_у, мм Окончательно принимаем межосевое расстояние с учётом провисания цепи а, мм          1029,26

,57

,89

Число ударов цепи ν, с^-1 Допускаемое значение [ν], с^-1    по таблице 3.50,83          0,83        0,83          Условие

Расчётное давление в шарнирах цепи Р, Н/мм²  Допускаемое значение [Р_о], Н/мм²                    

по таблице 3.139,90    29,422,03    28,111,87    28,1Условие  для цепи с=25,4мм

 Натяжение от провисания цепи F_f, Н    при  по пункту

Коэффициент безопасности S  Допускаемое значение [S]            

по таблице 3.6-

,47

,238,5

,5Условие

Нагрузка на валы Q_В, Н               где

Для заданных условий работы пригодны цепи с шагом t = 31,75 и t = 38,1; целесообразнее цепь с шагом t = 38,1 мм, т.к. она обеспечивает наименьшее давление в шарнирах, имеет наибольший запас прочности и оказывает наименьшую нагрузку на валы. Исходя из этих соображений, можно принять цепь ПР-38,1-12700 ГОСТ 13568-75, но, исходя из наименьших габаритов передачи, веса и стоимости следует принять цепь ПР-31,75-8850 ГОСТ 13568-75.

.3.1 Конструктивный расчёт цепной передачи 2

Исходными данными для расчета цепной передачи являются:

мощность ведущего вала передачи N_III = 4,18 кВт;

частота вращения ведущего вала передачи n_ІІІ=56,35 об/мин;

передаточное отношение ведущего вала передачи U =3,1.

Расчет числа зубьев звездочек:

Число зубьев ведущей звездочки находится по формуле (29):

z₁

Число зубьев ведущей звездочки находится по формуле (30):₂

Условия эксплуатации:

Коэффициент эксплуатации рассчитываем по формуле (31):

Среднее допускаемое давление в шарнирах ([8]табл. 3.1)

 Н/мм²

Ориентировочное значение шага цепи определяем по формуле (32):

 мм,

где m_р=1 - цепь однорядная;

Для определения оптимального значения шага цепи зададимся тремя смежными шагами однорядной приводной роликовой цепи нормальной серии типа ПР по ГОСТ 13568-75 и расчёт сводим в таблицу 3.

Таблица 3- Расчёт цепной передачи

Частота вращения меньшей звёздочки n₁,об/мин Допускаемая частота вращения меньшей звёздочки , об/мин

по таблице 3.456,35

,35

,35

Условие

Диаметр делительной окружности звёздочки D, мм         

,39

,27

,6

Cредняя скорость цепи υ, м/с Допускаемое значение [υ], м/с         0,750,8991,05Условие

Уточнённое межосевое расстояние а_у, мм    Окончательно принимаем межосевое расстояние с учётом провисания цепи а, мм          1290,9

,1

,2

Число ударов цепи ν, с^-1  Допускаемое значение [ν], с^-1 

по таблице 3.50,350,350,35Условие

Расчётное давление в шарнирах цепи Р, Н/мм² Допускаемое значение [Р_о], Н/мм²                       

по таблице 3.145,36

,124,39

,118,25

,7Условие

 Натяжение от провисания цепи F_f, Н    при  по пункту

Коэффициент безопасности S Допускаемое значение [S]               по таблице 3.6-

,48

,530,31

,3Условие

Натяжение ветвей: ведущей F₁, Н ведомой F₂, Н -5153,7

,54784,8

Нагрузка на валы Q_В, Н               где

Для заданных условий работы пригодны цепи с шагом t = 38,1 и t = 44,45; целесообразнее цепь с шагом t = 44,45 мм, т.к. она обеспечивает наименьшее давление в шарнирах, имеет наибольший запас прочности и оказывает наименьшую нагрузку на валы. Исходя из этих соображений, можно принять цепь ПР-44,45-17240 ГОСТ 13568-75, но, исходя из наименьших габаритов передачи, веса и стоимости следует принять цепь

ПР-38,1-12700 ГОСТ13568-75.

.4 Расчёт шпоночных соединений, подбор муфты

Расчет шпоночных соединений необходимо произвести по напряжениям смятия и среза.

Рассчитаем шпонку для промежуточного и приводного валов.

Рассчитаем диаметр промежуточного вала:

 (33)

[]=25 Мпа

Принимаем стандартное значение диаметра промежуточного вала d=54 мм [с.6, 6].

b=16 мм, h=10 мм, t=6 мм

Рабочая длина шпонки:

 (34)

мм

Проверяем условие прочности на срез:

 (35)

Так как условие прочности выполняется, то полная длина шпонки:

= l_{p см}+b (36)

=81,99+16=97,99 мм

Таким образом, принимаем к установке 2 призматических шпонки 161050 по ГОСТ 23360-78 .

Рассчитаем диаметр приводного вала в месте посадки ведомой звездочки:

[]=25 Мпа

Принимаем стандартное значение диаметра приводного вала d=76 мм [с.6, 6].

Рабочая длина шпонки:

мм

Проверяем условие прочности на срез:

Так как условие прочности выполняется, то полная длина шпонки :

= l_{p см}+b

=138,5+22=160,5 мм

Таким образом, принимаем к установке 2 призматических шпонки 221490 по ГОСТ 23360-78.

Подбор муфты Подбираем втулочно-пальцевую муфту.

Муфты подбирают с соблюдением условия: Т_р ≤ [T],

Т_р - расчетный крутящий момент;

[Т] - допускаемый крутящий момент, принимаемый из справочных таблиц к выбираемой муфте [4] .

T_p=T_IK (37)

где T - крутящий момент на соединяемых валах, T_I=Нм- коэффициент режима работы муфты, К=2 [с.30, 6]._p=

Диаметры валов электродвигателя и цилиндрического редуктора равны d_дв.=38 мм и d_р.=50 мм. Длины валов - l_дв.=80 мм и l_р.=80 мм.

По заданным параметрам подходит муфта МУВП-710-38-1-50-1 по ГОСТ 21424-93 [таблица 5, с.416, 4].

3. Рекомендации по выбору масла и смазки всех узлов привода

Смазывание узлов уменьшает потери на трение, предотвращает повышенный износ и нагрев деталей, а также предохраняет детали от коррозии. Снижение потерь на трение обеспечивает повышение КПД редуктора. Для редуктора применяем картерный (окунанием) способ смазки зубчатых колёс - применяемый при окружных скоростях зубчатых колёс, не превышающих 12 м/с. Подшипники приводного вала целесообразно смазывать индивидуально густой (пластичной) смазкой. В этом случае подшипник закрывают с внутренней стороны защитным или маслосбрасывающим кольцом. Свободное пространство внутри подшипникового узла заполняют густой смазкой. Через каждые три месяца производят добавку свежей смазки, а через год - разборку, промывку узла и сборку со свежей смазкой. В крышках подшипников для подвода смазки выполняют канавки, а на торце делают один-два паза. В стаканах также выполняют канавки и сверлят одно-два поперечных отверстия. Для смазки подшипников, валов принимаем пластичную смазку ЦИАТИМ-201, которую закладываем в подшипники при сборке.

Для подачи в подшипники густой смазки при эксплуатации уже применяют пресс-масленки по ГОСТ 19853-74. Смазка подается под давлением специальным шприцем. Для густой смазки используют также колпачковые масленки.

Для смазки цепных передач применяют преимущественно лёгкие масла, вязкость которых должна быть тем выше, чем больше удельное давление в цепи. Периодическая смазка назначается при скорости не более 4 м/с и производится через 6-8 ч. Пластическая внутришарнирная смазка применяется для цепных приводов при скорости цепи не более 8 м/с. Осуществляется она погружением цепи в подогретую до температуры разжижения смазку. Периодичность 120-180 часов.

4. Краткое описание порядка сборки, работы и обслуживания привода

Порядок сборки привода описывается по сборочным чертежам.

В начале в шпоночный паз вала электродвигателя закладывается шпонка и в осевом направлении насаживается левая полумуфта. Затем электродвигатель устанавливают на раму и наживляют болтовые соединения. На быстроходный вал редуктора посредством шпонки насаживают правую полумуфту, устанавливают редуктор на раму и соединяют полумуфты в осевом направлении путём перемещения редуктора по раме. Закрепляют редуктор и электродвигатель на раме при помощи болтовых соединений.

В шпоночный паз тихоходного вала редуктора закладывают шпонку, насаживают ведущую звездочку в осевом направлении. Затем на один конец промежуточного вала посредством шпонок устанавливают ведомую звездочку, закрепляют её при помощи концевой шайбы, болта; таким же образом на другой конец промежуточного вала устанавливают ведущую звездочку второй цепной передачи. На звездочки надевают приводную роликовую цепь и осуществляют натяжение при помощи натяжного устройства.

Звездочки, установленные на промежуточном валу, соединяют, соблюдая параллельность валов, и закрепляют промежуточный вал к раме через корпуса подшипников при помощи болтовых соединений.

При сборке привода в шарикоподшипники валов закладываем пластичную смазку ЦИАТИМ-201.

После установки всех элементов привода осуществляется монтаж защитных кожухов, выполняется контроль уровня масла в редукторе.

5. Требования техники безопасности к проектируемому объекту

Важную роль в обеспечении безопасной эксплуатации оборудования принадлежит его конструкции, оснащенной необходимой контрольно-измерительной аппаратурой, приборами безопасности, блокировочными устройствами, автоматическими средствами сигнализации и защиты, позволяющими контролировать соблюдение нормальных режимов технологического процесса, а также исключающими возможность возникновения аварий и несчастных случаев.

В процессе работы категорически запрещается техническое обслуживание привода (устранение неполадок, доливка или смена масла в редукторе, смазка зубчатой цилиндрической передачи и т.д.).

Конструкция привода должна обеспечивать безопасную эксплуатацию. Элементы механической и электрической части машины выполняются в требуемом климатическом исполнении. В обязательном порядке устанавливается защитное заземление. Привод защищают от попадания капельной влаги посредством установки кожухов.

Цепные передачи привода снабжают защитными кожухами.

Привод устанавливается на прочное, тщательно выровненное основание. В обязательном порядке раму привода закрепляют анкерными болтами во избежание смещения от заданного проектного положения в процессе эксплуатации.

Расположение и установка оборудования в технологическом цехе осуществляется с соблюдением следующих условий: последовательность расстановки оборудования по технологической схеме, обеспечение удобства и безопасности обслуживания и ремонта, максимального естественного освещения и поступления свежего воздуха.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта на тему «Привод смесителя» я ознакомилась с принципом его действия и назначением.

Получила навыки по расчету и проектированию приводов, на примере привода смесителя. В расчетной части по заданным параметрам был подобран электродвигатель с мощностью 5,5 кВт и асинхронной частотой 750 об/мин, а также был подобран конический редуктор. Был начерчен сборочный чертеж с рамой, а также выполнены основные разрезы элементов привода.

Список используемых источников

1.      Шуляк В.А., Киркор М.А. Задания к расчетно-графическим и контрольной работам для студентов специальности 1- 49 01 01 «Технология хранения и переработки пищевого растительного сырья»дневной и заочной форм обучения, раздел «Детали и машины»-Могилев, 2009.

.        Анфимов М.И. Редукторы. Конструкции и расчет: Альбом - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993. - 464 с.: ил.

.        Методические указания к курсовому проекту по курсу «Прикладная механика» для студентов технологических специальностей в 2-х частях, часть 1. / В.А. Кеворкянц, В.Н Попов, А.Е Покатилов. - Могилев, 2006.

.        Детали машин в примерах и задачах: [Учебное пособие Д 38 / С.Н. Ничипорчик, М.И. Корженцевский, В.Ф. Калачев и др.]; Под общ. Ред. С.Н. Ничипорчика. - 2-е изд. - Мн.: Выш. школа, 1981 - 432 с., ил.

.        Методические указания к курсовому проекту по курсу «Детали машин и основы конструирования» для студентов специальностей Т.05.04.00 и Т.05.07.00 / «Расчет цепных передач» / В.Г. Харкевич, В.А Кеворкянц - Могилев, 1999.

.        Методические указания к курсовому проекту по курсу «Прикладная механика» для студентов технологических специальностей в 4-ех частях./ В.А. Кеворкянц, А.Е. Покатилов - Могилев, 1991. - часть 2.

7.      Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя, 3 том. - М.: Машиностроение 1979 г. - 557с.

.        Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов: СТП СМК 4.2.3-01-2011. - Введ. 2011-04-07. - Могилев.: МГУП, 2011. - 43с.