1.3. Розрахунок міцності робочих барабанів пральних машин і машин хімічного чищення

Розрахункові схеми барабанів пральних машин представлені на рис. 1.5.

Вали навантажені масою самих барабанів, масою завантаження та силою тиску пасу передачі. В режимі віджиму на вали додатково діють відцентрові сили від маси завантаження.

Масу барабана та масу завантаження можна вважати зосередженими по середині довжини барабанів.

Сила тиску пасу на вал дорівнює:

,                                      (1.18)

де  – окружна сила на шківі; T_кр – крутний момент на валу барабана;  D₂ – діаметр шківа на валу барабана.

Вказані сили створюють в опорах реакції R_A та R_B, які в сукупності з діючими силами викликають згин та кручення системи барабан – вал.

Використовуючи методики, що викладаються в дисципліні “Опір матеріалів”, можна розрахувати моменти згину та кручення в характерних точках вала та побудувати епюри моментів.

Рис. 1.5. Розрахункові схеми а) для валу пральної машини з фронтальним завантаженням; б) для машини з верхнім завантаженням.

Знайшовши для небезпечних перерізів еквівалентні моменти згину:

                                   (1.19)

знаходять значення діаметрів вала для даних перерізів:

                                           (1.20)

Після розробки конструкції вала бажано перевірити його міцність в небезпечних перерізах на втомленість. При цьому необхідно враховувати вплив концентраторів, обробки поверхні вала та масштабний фактор.

Більш небезпечним слід вважати для вала режим віджиму. Тому в перевірочному розрахунку враховують відцентрову силу від нерівномірного розподілу білизни в барабані. При цьому слід пам’ятати, що вектор відцентрової сили обертається разом з валом, вектори всіх інших сил залишаються незмінними. Вказане приводить до симетричного циклу навантаження вала в опорі з боку шківа та до асиметричного циклу навантаження вала в другій опорі. Як відомо, перевірочний розрахунок вала на втомленість зводиться до визначення коефіцієнта запасу міцності, в даному випадку, на згин:

                               (1.21)

де – межа втомленості матеріалу вала;

– коефіцієнт концентрації напруг;

– масштабний фактор;

– коефіцієнт якості обробки поверхні;

– амплітудне значення напруги – ;

– середнє значення напруги – ,

– коефіцієнт циклу (вибирається з таблиць).

Реакції в опорах визначаються з умов проекції сил на вертикаль і суми моментів сил щодо якої-небудь опори.

Товщину обичайки вибирають виходячи з умов роботи при самому несприятливому розташуванні мокрих виробів – під час відцентрового віджимання. При цьому розрахунок обичайки на міцність проводять аналогічно розрахунку обичайки ротора центрифуги.

При розрахунку на міцність барабанів з горизонтальним завантаженням враховують, що ведучий фланець є найбільш навантаженим (від згину під дією навантажень від маси, колового зусилля на шківі і зусилля натягу пасів). Фланець можна розрахувати як круглу пластину, закладену по внутрішньому контуру (рис. 1.6) та навантажену моментом згину (від завантаження). Напруги згину в стінці барабана (без шпиць):

а) на внутрішньому контурі стінки:

 

                                           (1.22)

б) на зовнішньому контурі стінки:

                                          (1.23)

де  – згинальний момент в центрі фланця;.  – товщина фланця;  – коефіцієнти, що характеризуються відношенням радіусу внутрішнього контуру фланця  до зовнішнього .

Якщо стінка барабана кріпиться до фланця зі шпицями, то напруги в шпицях визначаються за рівнянням:

де W – момент опору перерізу шпиці, z – кількість шпиць;  – кількість навантажених шпиць.

Рис. 1.6. Розрахункова схема вузла фланця робочого барабана

 

Згинаючий момент у фланця барабана з горизонтальним завантаженням (рис. 1.6):

,

у фланця барабана з вертикальним завантаженням:

Оскільки піввісь барабана зазвичай з’єднується з її торцевим фланцем болтами, то в процесі конструювання складальної одиниці барабана кількість болтів і їх діаметр визначають з умов їх міцності.

Згинаючий момент в площині перекидання фланця (рис. 1.6) викликає пружні подовження і напруження в болтах прямопропорційні їх відстаням від осі перекидання О–О фланця. Враховуючи це, а також виражаючи зусилля, що доводиться на кожен болт, через зусилля  у верхньому болті напишемо рівняння рівноваги:

                           (1.24)

З цього рівняння визначають зусилля .

Момент опору площі стику фланця півосі з фланцем барабана:

Напруження стиснення стику під дією моменту від зусиль в болтах, що врівноважує згинальний момент:

Площа стику:

.

Необхідне загальне зусилля попереднього затягування болтів з умови нерозкриття стику з урахуванням коефіцієнта запасу 1,5 буде:

Середнє зусилля попереднього затягування болта:

де z – кількість болтів.

Складне напруження в матеріалі самого напруженого верхнього болта з урахуванням його закручування при попередньому затягуванні:

                                     (1.25)

де  – площа перерізу по внутрішньому діаметру болта;  – коефіцієнт одночасності роботи болтів (0,75–0,80).