Расчет вентиляторной установки шахты II категории по газу и пыли, страница 9

Трансмиссионный вал предназначен для передачи вращения от электродвигателя к ротору вентилятора. Различают валы прямые, коленчатые и гибкие. По конструкции различают валы гладкие, фасонные или ступенчатые, а также сплошные, полые и комбинированные. Прямые валы изготавливают преимущественно из углеродистых и легированных сталей. Чаще других применяются Ст5, Сталь45 или 40Х. В зависимости от типа производства, конструкции и размеров вала в качестве заготовок, применяют прокат сплошного сечения и трубы, паковки, штамповки и реже отливки. Затем производится предварительная механическая обработка-обработка торцов и сверление центровых отверстий. После предварительной механической обработки производят окончательную обработку с соблюдением всех технических требований для изготовления вала. Обработку шпоночных пазов предусматривают в технологическом процессе после окончания токарной обработки цилиндрических поверхностей на шпоночно-фрезерных и фрезерных станках. В процессе сборки валов производят статическую и динамическую балансировку сборочных единиц. Статическая балансировка состоит в определении величины дисбаланса и его устранении путем удаления в ненужных местах сверлением, шлифованием, растачиванием части металла или наоборот, добавлением его массы сваркой, пайкой и т.п, а также комбинированием этих способов. Для уравновешивания вращающихся сборочных единиц, имеющих большую сравнительно с диаметром длину, одной статической балансировки недостаточно. Также детали подвергают динамической балансировке. Отечественная промышленность выпускает универсальные и специальные балансировочные станки для сборочных единиц и изделий массой до 100 т.

    8.2        Исследование прочности и долговечности трансмиссионых валов глав                         ных вентиляторов шахт.

При проектном расчете обычно известны крутящий момент М_кр или мощность N и частота вращения n. Основной расчетной нагрузкой является М_кр вызывающий кручение и изгиб. Влияние сжимающих или растягивающих сил обычно мало и не учитывается.

М_кр=N/w=30N/pn=30^.1150/3,14^.600=18312,1 н^.м

Трансмиссионный вал передает крутящий момент посредством зубчатых полумуфт, установленных на валах двигателя и ротора вентилятора.  Рассмотрим нормальный установившийся режим работы вентилятора, когда крутящий момент не изменяет своего значения, при этом он будет вызывать в трансмиссионном вале постоянные касательные напряжения, максимальное значение которых зависит от диаметра вала и определяется как

                                 t^г=М_кр/W_р=18312,1/0,001346=13,6 МПа

                                 t^г=М_кр/W_р=18312,1/0,00056=32,7 МПа

где  W_p=pd³/16=3,14*0,19³/16=0,001346 м³– полярный момент сопротивления наиболее опасного сечения сплошного вала.

        W_p=pD³(1-d⁴/D⁴)/16=3,14^.0,19³(1-(0,166/0,19)⁴)=0,00056 м³ -для полого вала

       t^г,-касательные напряжения.

 Кроме крутящего момента М_кр от приводного электродвигателя, трансмиссионная система находится под действием сил тяжести, зависящих от расположения оси вращения вентилятора.В горизонтальном вале- нормальные и касательные напряжения изгиба.

s^г_спл=QL/8W=10286,3^*4,75/0,000673=9,26 МПа

                                                  - нормальные напряжения

s^г_комб=QL/8W=3363,72^*4,75/0,00028=57,06 МПа

 где  Q=rpd²gL/4=7800^.3,14^.0,19^2,9,8^.4,75/4=10286,3 Н-вес сплошного вала

Q_хв=rpd²gL/4=7800^.3,14^.0,19^2,9,8^.0,28/4=606,35 Н-вес хвостовой части комбинированного вала    

Q_ср=rp(D²-d²)gL/4=7800^.3,14^.(0,19²-0,166²)^.9,8^.4,2/4=2151,02 H-вес средней части(полой) комбинированного вала.

Q=2 Q_хв+ Q_хв=2^.606,35+2151,02=3363,72 Н-вес комбинированного вала,

           W-момент сопротивления вала изгибу  ; L=4,75 м –длина вала

W=pd³/32=3,14*0,19³/32=0,000673 м³- для сплошного вала

W_p=pD³(1-d⁴/D⁴)/32=0,00028 м³ - для полого вала.

Определение коэффициента запаса прочности при статическом нагружении трансмиссионного вала при одновременном действии нормальных напряжений и касательных напряжений произведем по максимальным эквивалентным напряжениям.

n_ст=s_т/sqrt(s²+4*t²)=280/sqrt(9,26²+4*13,6²)=9,74 – для сплошного вала

n_ст=s_т/sqrt(s²+4*t²)=280/sqrt(57,06²+4*32,7²)=3,22- для комбинированного вала

 где  s_т=280 МПа -предел текучести для Сталь45.

Для определения коэффициента запаса прочности трансмиссионного вала при действии переменных нагрузок воспользуемся формулой:

n_ц=(n_s*n_t)/sqrt(n_s²+ n_t²)=17,5*10,04/sqrt(17,5²+10,04²)=8,7-для сплошного вала

n_ц=(n_s*n_t)/sqrt(n_s²+ n_t²)=1,91*4,17/sqrt(1,91²+4,17²)=1,74- для комбинированного вала

 где  n_s=s_т^*/К_s^*s_а=250/2,282*9,26=17,5 – для сплошного вала

        n_s=s_т^*/К_s^*s_а=250/2,282*57,06=1,91 – для комбинированного вала

s_т^*=250 МПа - предел выносливости

n_t=t_-1/(К_t*t_а+Y_t*t_m)=193/(1,313*13,6+0,1*13,6)=10,04- для сплошного вала