home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Monster Media 1996 #14 / Monster Media No. 14 (April 1996) (Monster Media, Inc.).ISO / business / mixing10.zip / SHAFT.TXT < prev    next >
Text File  |  1991-08-02  |  7KB  |  213 lines
  1.                     SHAFT RATING PROGRAM
  2.  
  3.                         INSTRUCTIONS
  4.  
  5.  
  6. Insert the disk into the A drive or install all the included
  7. programs onto your hard disk.  The shaft rating program is
  8. called SHAFT.EXE , but it will not work without the other
  9. files also named SHAFT on this disk.
  10.  
  11. The program is started in the usual manner by giving the
  12. command SHAFT.  The program will first ask if you want to
  13. run the program or load an existing data file.  Type in an R
  14. to run the program.
  15.  
  16. The shaft rating screen will be shown and you must input the
  17. information required for the shaft.  First give the number of
  18. impellers.  You may input up to 6 impellers.
  19.  
  20. Next input the data for the Bearing span in inches, the total
  21. shaft length (inches), the diameter of the shaft (inches) and
  22. the rotation speed of the mixer in rpm.
  23.  
  24. The agitator data must also be provided for the number of
  25. impellers specified.  Input the weight of the impeller in
  26. lbs, the length to the top bearing in inches , the impeller
  27. diameter in inches and the hydraulic BHP of each individual
  28. impeller.  The Original mixer program can be run to provide
  29. some of this data.
  30.  
  31. All data must be inputted with no zeros.  Press the F10 key
  32. when all the data is in.
  33.  
  34. The Right and Left arrow keys can be used to correct data
  35. input if errors are noted.  The number of impellers however
  36. can only be changed after the F10 key has been pressed and
  37. the other data input requirements are satisfied.
  38.  
  39. The program calculates the torque and moment of the impellers
  40. in inch-lbs from the BHP and impeller data.  The program will
  41. calculate the minimum acceptable shaft diameters for the
  42. stress and tensile requirement.  The design yield and tensile
  43. stress for the material are added on the shaft material
  44. screen discussed later.
  45.  
  46. The Equivalent weights, Natural Frequency and the ratio of
  47. the agitator RPM to the natural frequency are calculated for
  48. top supported and Shafts with bottom steady bearings.
  49.  
  50. The command line permits you to print the screen results,
  51. Revise the input and do case studies,  Perform disk
  52. operations such as saving and recalling data files and to
  53. modify the material information.
  54.  
  55. The shaft Materials window is addressed by pressing the
  56. letter M. on the command line.
  57.  
  58. The Shaft Material properties are specified for Steel in the
  59. as a default.  You may override this data and input new
  60. Density, Elastic Modulus and Design Tensile an Shear Stress
  61. as you require.  To accept the numbers provided by the
  62. program just press the return key.  Press F10 when all data
  63. is satisfactory.
  64.  
  65.                          METHODOLOGY
  66.  
  67. TORQUE  The torque is calculated by the following equation.
  68.  
  69. TORQUE = SUM(63025 * BHP OF IMPELLERS / RPM)
  70.  
  71. MOMENT  The Bending Moment is calculated as the sum of the
  72. product of the hydraulic forces and the distance from the
  73. individual impellers to the first bearing.
  74.  
  75. MOMENT = SUM( 19000 * BHP OF IMPELLER * LENGTH / (RPM*DIAM))
  76.  
  77. DIAMETER STRESS and DIAMETER TENSILE are calculated by the
  78. formulas given below.  They are based upon the torque and
  79. Moment values and the design allowable shear and tensile
  80. stress imputted in the materials section.  These design
  81. stresses for steel are 6000 psi shear and 10,000 tensile.
  82.  
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.                      TOP SUPPORTED SHAFT
  110.  
  111. EQUIVALENT WEIGHT
  112.  
  113. The equivalent weight for the Overhung shaft calculates the
  114. weights of a multi-impeller system as thought all the
  115. impellers were at the end of the shaft.  With corrections to
  116. the impeller weight for the impellers higher up in the shaft.
  117.  
  118. The weight of 1/4 the shaft is also added into the equivalent
  119. weight.
  120.  
  121. The formula use is as follows for agitators 1 to n. where w
  122. is the mass per inch of the shaft.
  123.  
  124. Weq = W1 + W2(L2/L1)^3 + .. + Wn(Ln/L1)^3 + w*L1/4
  125.  
  126. L1 is total length to the end impeller .. Number 1.
  127.  
  128. NATURAL FREQUENCY
  129.  
  130. The natural frequency is calculated by the standard method as
  131. given in MECHANICAL VIBRATIONS BY DEN HARTOG.  and in the
  132. Marks Standard Handbood for mechanical Engineers.
  133.  
  134.     frequency in rpm =  60* omega / ( 2 * 3.1416 )
  135.  
  136.     omega  = ( K / M )^0.5
  137.  
  138.     M = Weq / 389  ; equiv. wt in  lb/in sec2
  139.                      g = 389
  140.  
  141.     K = 3*EI / L1^3  ; for single support
  142.  
  143.     E = ELASTIC MODULUS = 30 * 10^6 FOR STEEL
  144.  
  145.     I = MOMENT OF INERTIA =  0.05 * DIAM ^4 for round
  146.         cylinders
  147.  
  148.     L1 = distance in inches from top bearing to lowest
  149.          impeller.  Here called number one.
  150.  
  151.  
  152.  
  153.  
  154.  
  155.  
  156.  
  157.  
  158.  
  159.  
  160.  
  161.  
  162.  
  163.                     BOTTOM STEADY BEARING
  164.  
  165. The Equivalent weight of the bottom supported shaft
  166. calculates an equivalent weight of a mass located at the
  167. midpoint of the shaft.  50% of the shaft weight is included
  168. in this calculation.
  169.  
  170. EQUIVALENT WEIGHT  for multiple impellers is calculated by
  171. the formula given in OldShues Fluid Mixing Technology on page
  172. 412. as follows
  173.  
  174. Weq = B1*W1 + B2*W2 + .. Bn*Wn
  175.  
  176. Bn = 8.895*((L1-Ln)/L1)^2*(1 - (L1-Ln)/L1)^3*(3+(L1-Ln)/L1)
  177.  
  178. Note that 1/2 the shaft weight must also be added to Weq
  179. calculated from this equation.
  180.  
  181. NATURAL FREQUENCY
  182.  
  183. The same equations and method are used as described above for
  184. the overhung shaft except that the value for K has changed.
  185.  
  186.   K = element stiffness for double clamped shaft as given in
  187.       Marks Mech.Engr HandBood 8th Ed. 5-70 Table 2.
  188.  
  189.   K = 192 * E*I / L1^3
  190.  
  191. Where E,I, and L1 are as defined previously.
  192.  
  193.  
  194. EFFECT OF DAMPING
  195.  
  196. The effects of viscous damping are not included in this
  197. program, but can be estimated from the graph given on page 5-
  198. 71 of Marks Handbook.  50% damping will increase the natural
  199. frequency by roughly 70 percent.
  200.  
  201. SHAFT DEFLECTION can be calculated by the relationship
  202.  
  203. deflection ( inch ) = (187.7/Nc)^0.5  Where Nc is Natural
  204. Frequency in RPM.
  205.  
  206.  
  207.  
  208. Note:  If the distance to the first agitator ( the bottom
  209. one) equals the shaft length , then the bottom steady bearing
  210. case will not be calculated.
  211.  
  212. The program uses L1 the length to agitator 1 as the total
  213. shaft length for the top supported vibration calculations.