Расчет шнека

Принимаем, что исходная зерновая смесь содержит 1% сорной примеси. В этом случае, зная производительность сепаратора и содержание примеси, можем найти массу выделившегося отхода за час, т. е. максимальная производительность шнека:

кг/ч. (4.35)

Однако, принимая во внимание, что максимальный предел содержания пыли (примеси) в воздушном пространстве сепаратора может достигать 2000 г/м , произведем расчет производительности шнека с учетом запыленности при сепарировании и расхода воздуха:

кг/ч. (4.36)

Таким образом, принимаем максимально возможное значение производительности шнека кг/ч.

Теперь рассчитаем и сконструируем шнек при известных следующих параметров: производительность шнека кг/ч, коэффициент внутреннего трения продукта f = tgφ = 0,4, плотность продукта ρ = 800 кг/м , мощность электродвигателя для шнека N = 0.34 кВт.

Наружный диаметр шнека D принимаем равным 105 мм.

Шаг винтовой линии шнека выбирается равным

мм.

Диаметр шнека должен быть больше предельного, определяемого из условия

мм. (4.37)

Приме диаметр вала шнека равным 40 мм.

Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у вала по зависимостям:

º; (4.38)

; (4.39)

Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека по равенству:

. (4.40)

Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении по уравнению:

(4.41)

Производительность шнекового устройства определяется произведением полезного заполнения одношагового межветкового объема в пределах плоского угла в один радиан на угловую скорость вращения шнека:

, (4.42)

где П – производительность шнекового устройства, кг/с; D и d – диаметры шнека и вала шнека; δ – толщина витка шнека в осевом направлении по наружному диаметру, м; ρ – плотность материала, кг/м ; ψ – коэффициент заполнения межвиткового пространства; ω – угловая скорость вращения шнека, рад/с.

,

,

тогда ω = 0,033/0,0227 = 1,47 рад/с (14 об/мин).

Потребная мощность электродвигателя для привода шнека составит

N ; (4.43)

где К - коэффициент запаса мощности при пуске; К = 1,1…1,35; η - КПД привода; принимаем η = 0,9.

Откуда N = кВт. (4.44)

Значение крутящего момента можно определить по выражению: (4.45)

;

где п – частота вращения шнека, об/мин.

Т = .

Из следующего равенства рассчитаем максимальное давление, развиваемое шнеком :

, (4.46)

где m – число рабочих шагов (витков) шнека.

Тогда

р = 500 кПа (4.47)

Осевая сила рассчитывается по выражению:

= 3700 Н, (4.48)

Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему контуру, т. е. у вала по выражению:

(4.49)

где а = D/d – отношение диаметров (а = 2,6);

Нм.

Витки шнека будут изготовлены из стали 45, для которой допускаемое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении, т. е. 600 МПа. Тогда толщина шнека из формулы:

; (4.50)

м = 2мм. (4.51)

Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса устройства на длине одного шага по выражению:

м . (4.52)

Длина разверток винтовых линий по зависимостям:

; (4.53)

; (4.54)

где Н – шаг витков шнека; D и d – диаметры шнека и вала шнека.

м;

= 0,34 м.

Нормальное и касательное напряжения полого вала по формулам:

(4.55)

; (4.56)

где F – площадь поперечного сечения вала шнека; F - осевое усилие; М - крутящий момент на валу шнека; W -полярный момент сопротивления поперечного сечения вала шнека.

МПа;

Эквивалентное напряжение:

. (4.54)

4.4.3 Расчет подшипников качения

При расчете и подборе подшипников качения производится расчет по динамической грузоподъемности.

При выборе типоразмера подшипника предпочтение следует отдавать шарикоподшипникам по сравнению с более трудоемкими и дорогостоящими роликоподшипниками. Выбор подшипника намечается по отношению осевой нагрузки к радиальной

Так как осевая нагрузка минимальная по отношению к радиальной, то ею можно пренебречь. Принимаем предварительно к установке однорядные радиальные шарикоподшипники средней серии N 309

Для которых кН; кН; ( - динамическая грузоподъемность, - статическая грузоподъемность).

Определяем - расчетную динамическую грузоподъемность и проверяем условие:

;

; (4.55)

где: - долговечность подшипника в млн. об.;

- для шариковых подшипников;

Р – эквивалентная нагрузка, кН;

; (4.56)

где: - угловая скорость вала, рад/с;

- долговечность подшипника в часах, час.

Эквивалентная нагрузка:

; (4.57)

где: - осевая расчетная нагрузка на подшипник;

, - коэффициенты радиальной и осевой нагрузки;

- при вращении внутреннего кольца;

- коэффициент безопасности, ;

- температурный коэффициент, .

Для радиальных подшипников при отсутствии осевой нагрузки:

; (4.58)

кН;

кН;

кН кН;

Условие соблюдается, значит окончательно принимаем к установке подшипники N 306 по ГОСТ 8338-75.

4.4.4 Расчет шпоночного соединения

Рассчитаем шпоночное соединение ведущего вала электродвигателя с ведущим шкивом клиноременной передачи.

Принимаем шпонку призматическую со скругленными торцами. Размеры сечения шпонки и пазов и длинны шпонки принимаем по СТ СЭВ 189-75

Материал шпонки - сталь 45, нормализация. Шпонку расчитываем на смятие и на срез.

Напряжение смятия и условие прочности:

; (4.59)

где: - крутящий момент на валу, Н м

- диаметр вала, мм;

- высота шпонки, мм; для вала диаметром мм;

- рабочая длина шпонки, мм;

- допускаемое напряжение на смятие, для стальной ступицы МПа н/мм

Тогда:

Н/мм .

Условие прочности на срез:

; (4.60)

где: - ширина шпонки, мм, для вала диаметром мм

- допускаемое напряжение на срез, для стальной ступицы н/мм Мпа.

Тогда: н/мм .

Таким образом, условия прочности на смятие и на срез соблюдаются.