Расчет барабана печи с внутренним диаметром 1м. Расчет элементов на прочность

1. Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные

Внутренний диаметр барабана , м	1
Диаметр опорного ролика , м	0,2
Диаметр цапфы оси опорного ролика , м	0,06
Коэффициент заполнения барабана	0,25
Длина барабана , м	3,8
Число опорных роликов	6
Угловая скорость вращения барабана , рад/с	0,2
Насыпная масса , кг/м3	900
Масса барабана , кг	12800
Угол расстановки роликов , град	48

2. Расчет барабана печи

Диаметр барабана:

Наружный диаметр бандажа:

Определяем критическую скорость из равенства сил тяжести и центробежных сил:

2.1. Определение необходимой мощности привода

Площадь поперечного сечения барабана аппарата, занятая материалом:

Масса материала, находящегося внутри барабана аппарата:

Момент трения качения бандажей по роликам и от трения в подшипниках качения:

где  – коэффициент трения между бандажом и роликами, ;

 – коэффициент трения в подшипниках качения,;

 – угол между вертикальной осью сечения барабана и осью опорного ролика,

Момент от действия силы тяжести материала, находящегося в барабане аппарата:

где  – отношение заданной насыпной массы материала  в кг/м³ к 1000 кг/м³, ;

 – момент от действия силы тяжести материала, приходящегося на 1 м длины барабана, ;

 – отношение заданной длины барабана к 1 м,

Определяем суммарный момент:

Расчетная площадь привода:

где  - угловая скорость вращения барабана, рад/с;

 – коэффициент, учитывающий перекосы при монтаже, неточности сборки и т.д., ;

 – коэффициент полезного действия привода, .

Установочная мощность привода:

где  – коэффициент снижения мощности электродвигателя, ;

 – коэффициент, учитывающий конструктивное исполнение электродвигателя, ;

 – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды, .

Выбираем электродвигатель серии АИР общего назначения. С учетом требуемой мощности подбираем электродвигатель типа АИР112МА8, имеющий параметры: ; . Кратность максимального момента

Общее передаточное число редуктора:

где  – частота вращения шестерни, .

Принимаем диаметр шестерни , ширина шестерни . [3, с. 150].

Определяем частоту вращения шестерни:

где  – частота вращения барабана, .

Частота вращения барабана:

Тогда:

Передаточное число:

Выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор ЦЗУ-160, имеющий передаточное число  и номинальный крутящий момент

Чтобы определить правильность подбора редуктора определяем наибольшие моменты на тихоходном и быстроходном валах редуктора.

Наибольший момент на быстроходном валу, т.е. момент, передаваемый валу редуктора от вала электродвигателя, который не должен превышать номинального крутящего момента :

где  – угловая скорость вращения вала двигателя,

 – коэффициент пускового момента. Принимаем для среднего режима работы равным 1,6.

Наибольший момент на тихоходном валу, т.е. момент, передаваемый валу шестерни от вала редуктора, который не должен превышать номинального крутящего момента :

где  – угловая скорость вращения вала шестерни,

Таким образом, можно сделать вывод: двухступенчатый редуктор Ц2У-160 подобран правильно.

Ось вала шестерни установлена на двух шариковых радиальных двухрядных подшипниках с условным изображением 1210 ГОСТ 28428-93.

Валы двигателя и редуктора соединяем фланцевой муфтой ГОСТ 20761-96 с диаметром посадочного отверстия . Так как диаметр вала электродвигателя равен 32 мм, то необходимо произвести расточку муфты со стороны вала электродвигателя до данного значения.

Валы редуктора и шестерни  также соединяем фланцевой муфтой ГОСТ 20761-96 с диаметром посадочного отверстия . Так как диаметр тихоходного вала редуктора равен 55 мм, то необходимо произвести расточку муфты со стороны тихоходного вала редектора до данного значения.

2.2. Расчет элементов на прочность

Корпус барабана. Корпус барабанов изготавливается из листовой низкоуглеродистой стали. Толщина стенок:  Допускаемое напряжение принимаем

Изгибающий момент барабанов с бандажами:

где   –  нагрузка, 

 

Напряжение, возникающее в стенках барабана:

где   – толщина  стенки  барабана, 

Бандажи. Бандажи изготавливают из углеродистых сталей марок 40 и 45. Они представляют собой кольца различных профилей, насаживаемых на барабан жестким или свободным креплениями.

Определяем реакцию опорного ролика:

где  – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между роликами, .

Величина момента, изгибающего бандаж:

где  – внутренний радиус бандажа, ;

 – коэффициент, величина которого зависит от способа крепления бандажа, для жесткого крепления .

Величина напряжения изгиба:

где  – толщина бандажа,

При работе барабанных аппаратов, опирающихся на ролики, в материале бандажей и роликов возникают контактные напряжения. Если принять, что между снимаемыми цилиндрами отсутствует трение, то можно считать, что в точках контакта будут действовать, лишь нормальные давления.

При взаимном нажатии двух цилиндров, радиусы нормальных сечений которых  и , с параллельными образующими при равномерно распределенной нагрузке  площадка контакта будет иметь форму прямоугольника.

Ширина прямоугольника может быть определена по формуле, полученной на основании решения Г. Герца:

где    –  нагрузка, 

;

 – радиус бандажа, ;

 – радиус ролика, ;

 – модули упругости,  для стали марки 40,  для чугуна.

Наибольшее напряжение сжатия, действующее в точках оси площади контакта:

Как показывает анализ напряженного состояния, опасная точка находится на вертикальной оси, соединяющей центры нормальных сечений цилиндров на глубине равной 0,4 ширины площади контакта. Главные напряжения в этой точке:

Наибольшее касательное напряжение в опасной точке:

Эквивалентное напряжение в опасной точке:

Ширина бандажа:

где  - допускаемая нагрузка,

Опорные ролики. Воспринимают силу тяжести лежащего на них барабана и продукта.

Реакция опорного ролика:

Сила, прижимающая кронштейн опорного ролика к основанию:

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

Пренебрегая силой затяжки болтов, определим горизонтальную силу, которую воспринимают болты крепления кронштейна:

где  - коэффициент трения корпуса подшипника о раму,

Диаметр внутренней резьбы болта крепления кронштейна из условия среза:

где  - допускаемое напряжение среза для материала болта, принимаем