4.2. Проверочный расчет станины на прочность
Основные размеры станины:
– ширина проема станины Вок = 1250 мм
– длина проема станины Нок = 4700 мм
– ширина стоек и поперечин Sп = Sст = 450 мм
– толщина стоек и поперечин Вп = Вст = 600 мм
На станину действует вертикальная сила прокатки. В целях упрощения расчета, считаем станину прямоугольной сплошной рамой, находящейся под действием силы прокатки передаваемой станине подушками. Стойки подвергаются растяжению и изгибу вовнутрь окна. Благодаря жесткой связи стоек с поперечинами, изгиб стоек вовнутрь окна приводит к появлению статически неопределимого реактивного момента Мс.
Рисунок 4.2. К расчету станины на прочность
Таким образом, для стоек условие прочности имеет вид:
(4.13)
(4.14)
(4.15)
(4.16)
Допустимое напряжение материала станины с учетом десятикратного запаса прочности:
[ ] = 50 МПа;
< [ ]
Условие прочности выполняется.
Условие прочности поперечины имеет вид:
(4.17)
(4.18)
[ ] = 50 МПа;
< [ ]
Условие прочности для стоек выполняется.
Определяем деформацию станины в вертикальном направлении
б = бс + 2(б1 + б2) (4.19)
Деформация стоек:
(4.20)
Прогиб поперечины от действия изгибающих моментов:
(4.21)
Прогиб поперечины от действия перезывающих сил:
(4.22)
Деформация станины в вертикальном направлении:
(4.23)
4.3. Проверочный расчет нажимного винта на прочность.
Хвостовик проверяем из условий работы на кручение:
(4.24)
(4.25)
(4.26)
Условие прочности выполняется.
Рисунок 4.3. Нажимной винт
Проверяем нажимной винт исходя из условий работы на сжатие:
(4.27)
< [ ]
Условия прочности выполняются.
4.4. Проверочный расчет нажимной гайки
Проверяем витки резьбы гайки на:
Смятие
(4.28)
где m – число витков, m = 10
[ ]см = 25 МПа
< [ ]
Изгиб
(4.29)
где hв – высота винта резьбы, hв = 0,042 м
[ ]изг = 45 МПа
< [ ]
Срез
(4.30)
[ ]ср = 15 МПа
< [ ]
Условия прочности выполняются.
4.5. Выполняем проверочный расчет универсальных шпинделей клети.
Максимальный крутящий момент, передаваемый одним шпинделем Мкр = 1800 кН м
Диаметр головки шпинделя 800 мм
Максимальный угол наклона шпинделя а = 30.
Так как сечение головки шпинделя ослаблено расточкой с = 192 мм, глубиной 15 мм, необходимой для центрирования бронзового вкладыша, то для более точного расчета примем, что давление в любом сечении головки распределяются по трапеции.
Определим плечо приложения равнодействующей силы Р (рисунок 4).
(4.31)
(4.32)
Статические моменты
(4.33)
Так
как
,
то получим:
(4.34)
Рассмотрим случай работы шпинделя, когда угол наклона а = 0 (горизонтальное положение). Сечение А`О будет соответствовать сечению АО:
(4.35,
4.36)
Момент, скручивающий одну щеку головки шпинделя:
Мкр = 1800/2 = 900 кН м (4.37)
Усилие, действующее на щеку головки шпинделя:
P = M/f = 900/0.263 = 3421 кН (4.38)
Заменяя сегмент сечения АО равновеликой трапецией, получим:
в1 = 330 мм, в2 = 192 мм, h = 218 мм, (в1 + в2) = 522 мм
(в1
+ в2)/h
= 522/218 = 2,4
(4.39)
Момент сопротивления трапеции, заменяя её прямоугольником:
(4.40)
Напряжение кручения в сечении АО:
(4.41)
Запас прочности составляет 500/142 = 3,5
Напряжение кручения в теле шпинделя диаметром d = 472 мм
(4.42)
Запас прочности составляет 500/85,6 = 5,8
Угол закручивания тела шпинделя: на длине 3500 мм
(4.43)
На 1 м длины шпинделя: 0,0029/3,5 = 0,000831586 град
Допустимо 0,50 на 1 м длины.
Рассмотрим сечение АО при работе шпинделя с максимальным углом наклона а = 3. Так как cos а = 1, то напряжения в сечении АО будут незначительно отличаться от напряжений, подсчитанных выше для случая а = 0.
Рассмотрим некоторое произвольное сечение 1-1, параллельное оси шарнира головки шпинделя и расположенное от него на расстоянии х = 157 мм при а = 30.
При геометрическом построении равновеликой трапеции находим:
в1 = 366 мм, в2 = 200 мм, h = 270 мм, (в1 + в2) = 566 мм
Центр тяжести трапеции
(4.44)
Графически находим плечо а силы Р относительно центра тяжести сечения (нейтральное волокно): а = 192 мм
Момент, изгибающий это сечение:
(4.45)
Напряжение изгиба в сечении 1-1:
(4.46)
(4.47)
Запас прочности составляет 500/111 = 4,5
Напряжение кручения в сечении 1-1:
(4.48)
(4.49)
(4.50)
(4.51)
Напряжение кручения в сечении 1-1:
Т = М/Wкр = 932,8 106 / 10232827 = 91,16 МПа
Запас прочности составляет 500 / 91,2 = 5,5
Напряжение изгиба в вилке лопасти со стороны рабочего валка (сечение 2-2)
(4.52)
(4.53)
(4.54)
Запас прочности составляет 500 / 193 = 2,6
Сечение 3-3 имеет форму прямоугольника и испытывает напряжение кручения:
(4.55)
(4.56)
Напряжение кручения:
(4.57)
Лопасть муфты со стороны рабочего валка изготовлена из стали 40ХН, для которой предел текучести 500МПа.
Запас прочности по максимальному изгибающему моменту (от предела текучести):
500/174,2 = 2,9