Расчет шнекового рабочего органа

 

 

Расчет параметров шнекового рабочего органа

1. Шаг шнека «Н» и диаметр вала «d» определяем из расчета наружного диаметра шнека

 

     H = k_*D ,     

H=0.75*0.12=0.09 м     

d = k₁*D     

d=0.3*0.12=0.036 м

где k=0,7-0,8 - коэффициент коррекции  шага шнека; к₁ = 0,25-0,4 - коэффициент коррекции диаметра вала.

По  расчетному значению диаметра вала шнека  в соответствии с ГОСТ 8734 выбираем бесшовную трубу из нержавеющей стали 20Х13 с наружным диаметром d = 36 мм и толщиной стенки Δ _т = 2,5 мм.

Угол  подъёма винтовой линии витка  шнека зависит от размера шага витка и величины диаметра.

2. Угол  подъема в зоне большого диаметра шнека α_D , рад

 

     α_D = arctg H/D, рад

α_D = arctg 0.09/3.14*0.12= arctg 0.238=0.233, рад

Угол  подъема у вала, рад 

= arctg H/d,  рад 

= arctg 0.09/3.14*0.036=  arctg0.796=0.672 рад 

Среднеарифметическое  значение угла наклона винтовой линии  _ср     

  _ср =  0.5(α_D +  )  , рад, градус.     

  _ср=0,5(0,23+0,67)=0,45 рад=25⁰

 

Лист

15

 

Определим коэффициент отставания транспортируемого (перемещаемого) шнеком продукта к₀     

К₀= 1 - (cos²   _ср - 0,5f sin 2   _ср ) 

К₀= 1 - (cos²   - 0,5*0.45 sin 50 ) =0.52

В качестве коэффициента трения f принимаем коэффициент внутреннего  трения продукта с учетом, что f = tg φ (φ - угол трения).

 

3. Предельный  диаметр вала шнека определим  из зависимости:

 

 =H/ tg φ  , м.  
 =0,09/0,45*3,14=0,013 м

Проводим  сравнение расчетного предельного  значения диаметра вала шнека и наружного диаметра выбранной ранее трубы d. Для обеспечения прочности шнека необходимо условие:     

d ≥ d_пр   
0,036 м ≥ 0,013 м

4. Определим наибольшее изгибающий момент в последнем  витке шнека по внутреннему контуру  «М», исходя из рабочего давления «Pmах», а также наружного и внутреннего диаметров шнека «D» и «d».

 

     М_u = *,Н*м/м  

М_u =  *  =

                            =270 *  = -88.2 Н*м/м

где а -отношение большого диаметра шнека к диаметру вала шнека;   
a = 0.12/0.036=3.33

5. Толщину витка шнека рассчитаем из условий  действующего изгибающего момента «М_и» и допускаемого напряжения материала витка при изгибе при условии, что

Лист

16

 

    δ= , мм 
δ=   = 1,9 мм

Принимаем толщину листа 2мм

Допускаемое напряжение при изгибе приравниваем допускаемому напряжению при растяжении, значение которого выбираем по справочным материалам.    

6. Для определения угловой частоты вращения шнека Q используем форму расчета производительности по конструктивным параметрам шнека:

Q =0.785(-)(H- δ)(1-)λωΨ,кг/с

Где λ - объемная масса продукта, кг/м³;

Ψ - коэффициент заполнения объема для сыпучих продуктов 0,7÷0,85; для вязких продуктов 0,85 ÷1,0.

Откуда

ω  = , мин^-1

       

7. Площадь внутренней цилиндрической поверхности  корпуса шнекового устройства по длине шага H определим из зависимости

 

 =  , м²  
 =3.14*0.12= 0.0316 м²

Площадь поверхности витка шнека «S_ш» по длине шага Н     

S_ш = (πDL –πdl + ln) ,м²

где L — длина винтовой линии шнека по большому диаметру, м;

l - длина винтовой линии шнека по диаметру вала, м     

L =м     

l = м

Лист

17

 

         L = =0.387 , м  

l =  =0.14 м

     S_ш = (3.14*0.12*0.387 –3.14*0.036*0.14 + ln 2.49)= 0.011  м²

Для обеспечения работоспособности  шнекового механизма необходимо выполнение условия 

 ≥  S_ш 

8. Определим крутящий момент на валу шнека 

 

 =0,131*m* (-)tg  _ср   ,   Н*м 

=0,131*3*0,06* (-)0.466  = 18.46 Н*м

9. Осевое  усилие, действующее на валу шнека

 

       ⁼ 0,393*m*   (D² - d²), Н ,       

⁼ 0,393*3*0.06* (-)=926.7 H

Где m— число рабочих витков шнека.

10. Произведем  расчет нормальных  и касательных напряжений τ в опасном сечение шнека. 

 

 =

где S— площадь поперечного сечения вала шнека, м²; W — полярный момент сопротивления вала шнека, м³.

Определим площадь поперечного сечения полого вала.

S=()=()=0.000263м²

где d — наружный диаметр трубы вала шнека; 

d_вн- внутренний диаметр трубы вала шнека.

==3.5 _МПа

τ = = =4.46 _МПа

11. По  полученным значениям площади поперечного

сечения находим нормальное напряжение сжатия для полого вала шнека.

0.00001788328125

Лист

18

 

Полярный  момент сопротивления вала  зависит от сечения вала.

Для полого вала 

 
полученные значения полярного момента  сопротивления позволяют рассчитать касательные напряжения, действующие  в сечении полого вала.  

12. Определим эквивалентное напряжение  , действующее в сечении сплошного вала и полого вала шнека. 

 

   _{= ,МПа}

 

_{==9.6 МПа}

Для проверки прочности вала шнека проведем сравнение расчетного эквивалентного напряжения и допускаемого напряжения материала вала. 

Условием  прочности является 

  _≤

Для изготовления шнека была принята сталь 12Х18Н9Т, для которой  предел прочности 180МПа. Полученное значение эквивалентного напряжения, показывает, что условие прочности для  полого вала – выполняется.

Для изготовления сварного шнека подготавливают кольца из листовой стали с наружным диаметром «D», внутренним диаметром «d» и секторным вырезом с углом «β». Данные размеры необходимы для получения винтовой поверхности с заданными параметрами большого диаметра D, малого диаметра d и шага шнека Н.

13. Для определения размеров заготовки  кольца произведем расчет длины шнека 

 

 L=z*H   , м 

L=6*0.09= 0.54 м  

где z -общее число витков шнека.

Ширина  винтовой поверхности витка шнека  b     

b = 0,5(D-d), м 

Лист

19

 

     b = 0,5(0.12-0.036)= 0.042 м

Угла  выреза сектора определим из зависимости    

, рад

β=6.28 – = 0.4 рад =

Наружный  диаметр кольца заготовки шнека   

D₀ =  ,м

D₀ = =0,132 м

 

Внутренний  диаметр кольца заготовки 

d₀ ==0.048 м

Для изготовления шнека кольцо изгибается по винтовой линии на валу и приваривается  к поверхности. 

 

 

     

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

 

 Разраб.

 

 Провер.

 

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

Расчет шнекового

дозатора

Лит.

Листов

 

Расчет привода шнекового рабочего органа

Произведем  расчет мощности электродвигателя, необходимой для привода шнека: 
 

 

где - КПД привода (принимаем = 0,65 ).

Принимаем электродвигатель 4АА63А6СУ1:

Мощностью  0.18 кВт;

Частота вращения 980 мин^-1.

Общее передаточное число:

 

Разобьем кинематическую схему на 2 звена:

1 – гибкая кинематическая  связь с помощью клиноременной  передачи и передаточным числом 6;

2 – стандартный редуктор  с полученным значением передаточного  числа. Редуктор подбирается в  соответствии с полученным передаточным  числом и моментом. После выбора  редуктора уточняется передаточное  число клиноременной передачи.

Принимаем редуктор типа Ч-80:

Крутящий момент на тихоходном валу 170~300 Н*м;

Передаточное число 25;

Масса 30 кг.

 

 

 

 

 

 

Лист

21

 

Уточненное передаточное число клиноременной передачи:

 

Расчет клиноременной  передачи

1. Определим момент на быстроходном валу:

 

 

2. Определим диаметр меньшего шкива:

 

 

Из ряда стандартных размеров шкивов принимаем диаметр ведущего шкива 63 мм.

3. Определим диаметр большего шкива:

 

 

Из ряда стандартных размеров шкивов принимаем диаметр ведомого шкива 450 мм.

4. Принимаем клиновой ремень нормального сечения типа О.

Размеры ремня:

Максимальная окружная скорость 25 м/с;

Расчетная ширина 8,5 мм;

Ширина 10 мм;

Высота 6мм;

Площадь сечения 47 мм².

5. Определим скорость ремня;

 

 

Лист

22

 

Определим угловую скорость ведомого шкива:

 

 – коэффициент проскальзывания  ремня, принимаем равным 0.02;

 

6. Определим фактическое передаточное отношение:

 

 

7. Определим окружную силу действующую на валу электродвигателя:

 

 

8. Определим межосевое расстояние:

 

 

9. Определим длину ремня:

 

 

 

 

Длина ремня выбирается из ряда стандартных размеров и принимается 1060 мм.

10. Уточним межосевое расстояние:

Лист

23

 

 

11. Определим угол обхвата:

 

 

12. Определим частоту пробегов ремня:

 

 

13. Определим исходное полезное напряжение, действующее в ремне:

 

 – коэффициент,  учитывающий передаточное отношение,  принимаем равным 1.14

 

14. Допускаемое полярное напряжение в ремне:

 

 – коэффициент,  учитывающий угол обхвата, принимаем  равным 0.83;

 - коэффициент, учитывающий условие работы клиноременной передачи; учитывая условия работы (2 смены и перегрузка при пуске 150%) принимаем равным 0.8.

 

 

 

 

 

Лист

24

 

Определим необходимое количество ремней:

 

 

Округляем в большую сторону  и принимаем количество ремней равным 1.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

26

 

 

 Разраб.

 

 Провер.

 

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

Расчет шнекового

дозатора

Лит.

Листов

 

Заключение

В ходе выполненных расчетов были определены основные размеры и  характеристики шнекового дозатора. Выбран и проверен запас прочности  вала шнека. Также был проведен выбор редуктора и электродвигателя.

В результате получили шнековый дозатор  с диаметром шнека 120 мм, шагом винта 90 мм, выдающий заданную производительность 750 кг/ч при частоте вращения 5,8 оборотах в минуту. Выбран вал шнека с диаметром 36мм, с большим запасом прочности. Оптимальное передаточное число редуктора – 25.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

25

 

 Разраб.

 

 Провер.