Проверочный расчет черновой клети 3000

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра ОМД и М

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по курсу „Оборудование цехов ОМД ”

на тему: „Проверочный расчет черновой клети 3000”

Выполнил: ст. гр. Омд-07-3

Хоруженко Е.

Проверил: проф. Петрушев С. Н.

Алчевск, 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные

1. Расчет подшипников на долговечность

2. Расчет валков на статическую прочность

3. Расчет валков на выносливость

4. Расчет валков на деформацию

5. Расчет станин на прочность

6. Расчет станин на деформацию

7. Расчет модуля жесткости рабочей клети

Перечень ссылок

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Диаметр бочки рабочих валков D_р=1000 мм

2. Диаметр бочки опорных валков D_о=1650мм

2. Длина бочки валков L_б=3000мм

3. Расстояние между осями нажимных винтов а =4100мм

4. Диаметр шеек рабочих валков d_Р=630мм

4. Диаметр шеек опорных валков d_о=950мм

5. Минимальная ширина раската b_min=1000мм

6. Максимальное усилие прокатки Р= P_max=40МН

7. Максимальный момент прокатки М_кр=M_max=3.5МНм

8. Материал рабочих валков чугун ЛПХН8

8. Материал опорных валков кованная сталь 75Х2МФ

9. Параметры лопасти валка:

S=176мм; b₀=899мм; b₁=343мм; x₁=207мм; б=15⁰

10. Скорость прокатки V=3м/с

11.Параметры станин (мм):

H=7700; B=3200; h=1900; b=1800; b₁=850; b₂=850; L₁ =4100; L₂ =9350; h₁=1000; d_в=480; d_г=1000

1. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Рассчитывается черновая клеть толстолистового стана с небольшой максимальной скоростью прокатки- 3 м/с при наличии значительных осевых усилий и перекосов посадочных мест подшипников. В таких условиях хорошо работают радиальные роликоконические подшипники.

На ТЛС 3000 установлен роликоподшипник фирмы FAG № 517369A с параметрами [3]:

1. внешний диаметр D - 1360 мм;

2. внутренний диаметр d - 950 мм;

3. ширина T - 1000 мм;

4. динамическая грузоподъемность С = 44000 КН.

Долговечность подшипников в млн. оборотов:

,

где R_екв - эквивалентная радиальная нагрузка на один подшипник. По [3]:

,

где F_r- радиальная нагрузка на опоре: F_r= 0,5•P = 0,5•40•10⁶ = 10•10⁶Н;

F_a- осевая нагрузка на опоре. По данным [3] для клетей листовых «кварто»:

;

Y - коэффициент, который в нашем случае равняется 2,12.

Долговечность подшипников в часах:

час.

Такая долговечность достаточна, поскольку она больше нормативного времени работы прокатного стана за год, которое равно 5000 - 7000 часов.

2. РАСЧЕТ ВАЛКОВ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

Расчет ведем по методике акад. Целикова А.И.[2], которая содержит такие предположения:

- валок считается балкой с переменным сечением;

- эта балка опирается на шарнирные опоры;

- равнодействующая усилия прокатки приложенная к центру бочки.

Расчетная схема приведена на рис.1:



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Расчётная схема валкового комплекта на прочность

Изгибающий момент в сечении А-А:

;

Напряжение изгиба в сечении А-А:



Коэффициент запаса прочности в сечении А-А:

у_в= 750 МПа - предел прочности углеродистой стали [2].

Поскольку n_А больше 5, то напряжение в сечении А-А допустимое.

Изгибающий момент в сечении В - В:

,

где .

Напряжение изгиба в сечении В - В:

.

Коэффициент запаса прочности в сечении В - В (на изгиб):

.

Запас прочности в сечении В - В достаточен.

Напряжение кручения в сечении В - В:

;

Коэффициент запаса прочности в сечении В - В (на кручение):

,

где

где - предел прочности материала рабочих валков.

Опасным сечением в лопасти приводного конца есть сечение С-С, где момент изгиба максимальный, а момент сопротивления изгибу- минимальный. Расчетная схема приведена на рис.2.

Равнодействующая усилия на боковую поверхность одной ветви лопасти находится на расстоянии приблизительно b от края лопасти, поскольку давление вкладыша на лопасть распределено примерно по треугольнику. Поэтому ее величина равняется:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Расчётная схема лопасти приводного конца на прочность

,

где =900 мм - ширина всей лопасти;

=350 мм - ширина одной ветви лопасти.

Изгибающий момент и момент кручения в сечении С-С:

,

где x₀ -расстояние от сечения С-С к точке приложения равнодействующей давления вкладыша шарнира на лопасть:

где угол наклона шарнира шпинделя.

Момент кручения в сечении С-С:

Напряжения в сечении С-С:

- изгиба:

- кручения: ,

где - коэффициент, который зависит от . Находится по [5]:

, а коэффициент: .

Приведенное напряжение в сечении С-С:

.

Коэффициент запаса прочности в сечении С-С:

.

Отсюда следует, что напряжения в сечении С-С допустимые.

3. РАСЧЕТ ВАЛКОВ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

Нужно рассчитать коэффициенты запаса выносливости в опасных сечениях и сравнить их с минимально допустимым [n]=1,3.

Коэффициент запаса выносливости в сечении А-А, где валок работает по симметричному циклу:

,

где в - коэффициент качества обработки поверхности валков. Поскольку имеем дело с клетью сортового стана, валки которой обрабатываются до тонкого обтачивания, то по графику рис.V.11 [1] находим в =0,85;

= =0,53 - масштабный фактор (табл.V.4 [2]);

у_-1=(0,45-0,55)у_в=375 МПа - предел выносливости при изгибе;

=5.788 МПа - максимальное напряжение изгиба в сечении А-А.

Коэффициент запаса выносливости в сечении В-В. Здесь шейки опорного валка работают по симметричному циклу:

где в =1- поскольку шейки валков полируют (рис.V.11[2]);

k_у=1 - эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе в месте перехода бочки в шейку (табл.V.5 [2]).

,

где - предел выносливости при кручении; в нашем случае:

.

k_ф - эффективный коэффициент концентрации напряжения при кручении.

Находится по табл.V.5 [2] экстраполяцией; k_ф=1,9;

- коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения. По [2] c.215 =0,1.

4. РАСЧЕТ ВАЛКОВ НА ДЕФОРМАЦИЮ

Поскольку черновые клети стана „кварто”, то есть имеют четыре валка, то под действием усилия прокатка деформация будет состоять из прогибов опорных валков. Стрелы прогиба в разных сечениях валков можно определить по методике акад. Целикова [2], которая содержит такие предположения:

1.валок является балкой переменного сечения на шарнирных опорах;

2. эта балка нагружена равномерно распределенной по длине бочки нагрузкой от усилия прокатки;

3. профилировка валков - цилиндрическая.

Рисунок 3 - Расчётная схема валкового комплекта на деформацию

Стрела прогиба валка по опорам, которые проходят по осям нажимных винтов:

,

где P - усилие прокатки, Н;

Е - модуль упругости 1^го рода; для углеродистой стали Е = МПа;

G - модуль упругости 2^го рода; для углеродистой стали МПа.



Стрела прогиба по краям бочки валка:

где - площадь сечения А-А.

Стрела прогиба по краям раската:

Разность сближения осей рабочего и опорного валков по Тсу-Таолу:

где - погонное усилие прокатки;

- расстояние от края бочки до сечения, в котором определяется разность сближения осей;

х - коэффициент Пуассона. Для стали при 20°С х = 0,24 - 0,32. При температуре эксплуатации валков (50 - 60°С) он несколько увеличивается.

Упругая деформация валкового комплекта составит:

5. РАСЧЕТ СТАНИН НА ПРОЧНОСТЬ

Определения размеров расчетного контура.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3 Расчетная схема станин на прочность

b₁

b1

m

h1

Рис.4 Сечение E-E

Статический момент сечения D-D относительно произвольной оси m-m равняется:

;

.

где h_г - высота нажимной гайки. В соответствии с рекомендациями [6], при трапециевидной резьбе по табл.2.2 находим, что . При среднем имеем: Принимаем

Площадь сечения D-D (рис.5):



Рис.5 Сечение D - D.

.

Расстояние от нейтрального слоя до внутренних волокон поперечины:

.

Расстояние от нейтрального слоя до внешних волокон поперечины:

.

Определение моментов инерции и моментов сопротивления сечений

Момент инерции сечения D-D верхней поперечины (рис.5):



Момент сопротивления изгибу сечения D-D:

- для внутренних волокон:

.

- для внешних волокон:

Момент инерции сечения нижней поперечины:

.

Моменты сопротивления изгибу нижней поперечины:

.

Момент инерции стойки двутавровой формы относительно нейтральной оси g-g (сечение Е-Е, рис.4):

;

Момент сопротивления изгиба для волокон стоек:

.

Расчет моментов изгиба в опасных сечениях

Момент изгиба в сечениях поперечин:

;

.

Момент изгиба в сечениях стоек:

Определения напряжений в опасных сечениях

Напряжения изгиба в середине верхней поперечины (сечение D-D):

- на внутренних волокнах:

;

- на внешних волокнах:

.

Напряжения изгиба в середине нижней поперечины на внутренних и внешних волокнах:

Напряжения изгиба и растяжения в стойках:

- на внутренних волокнах:

- на внешних волокнах:

Стойки станин выполнены из чугуна с у_в=400 МПа. Коэффициент запаса прочности для станин - 10[2]. Следовательно, допустимые напряжения в поперечинах и стойках станин будут равны:

.

По расчетам видно, что во всех элементах станин напряжения не превышают допустимые.

Вывод: станины способные выдержать заданные нагрузки.

6. РАСЧЕТ СТАНИН НА ДЕФОРМАЦИЮ

Вертикальная деформация станины закрытого типа состоит из трех составных частей:

,

где f₁ - вертикальная деформация поперечин под действием изгибающих моментов;

f₂ - вертикальная деформация поперечин под действием перерезывающих сил;

f₃ - деформация растяжения стоек.

В нашем случае моменты инерции верхней и нижней поперечин разные, поэтому:

- для верхней поперечины:

;

;

;

где - коэффициент формы сечения (для прямоугольного сечения );

- для нижней поперечины:

;

;

.

Деформация растяжения стоек:

.

Общая деформация станины:

.

7. ВЫЧИСЛЕНИЯ МОДУЛЯ ЖЕСТКОСТИ РАБОЧЕЙ КЛЕТИ

Модуль жесткости равняется:



где - общая упругая деформация клети под действием усилия Р в определенном сечении валков. Обычно М_кл определяют в центре бочки валков.

Для определения нужно рассчитать все составляющие упругой деформации клети:

,

где - общая деформация валков;

- деформация подшипников;

- деформация подушек;

деформация подпятников;

- деформация нажимных винтов;

- деформация нажимных гаек;

- деформация станин.

Деформацию других элементов клети (прокладок, месдоз и т.п.) не учитываем из-за ее малости.

Общая деформация валков для клети «кварто»:

Деформацию подшипников будем определять так:

,

где - радиальная податливость в контакте наиболее нагруженного тела качения с дорожкой качения;

- тоже в контакте колец подшипника с посадочными поверхностями вала и корпуса.

Первая составляющая при посадке с натягом:

,

где - коэффициент, который учитывает величину натяга или зазора в подшипнике.

Поскольку величина натяга неизвестна, принимаем 1;

- радиальная податливость при нулевом зазоре.

где Q - радиальная нагрузка, которую воспринимает наиболее нагруженное тело качения:

,

где i - количество рядов тел качения;

z - количество тел качения в одном ряду;[3] z=63;

- угол контакта;[3] ;

L - длина ролика;[3] L=125 мм.

Радиальная податливость в контакте колец подшипника:

,

где k - коэффициент, который равен в нашем случае 0,03.

Общая деформация двух подшипников:

.

Деформация подушек:

,

где h_пд - высота верхней перемычки подушки, которая воспринимает нагрузку от подшипника:

Деформация подпятника:

,

где h_пп - толщина подпятника. Конструктивно принимаем 240 мм;

D_пп - диаметр центральной части подпятника, который воспринимает нагружение от винта, он равен диаметру винта;

Е_п - модуль жесткости материала подпятника - бронзы. По[6] для бронзы модуль жесткости равняется МПа.

Деформация нажимного винта:

,

где - высота винта и четырех витков резьбы:

,

где t - шаг резьбы t=24 мм.[6]

Деформация нажимной гайки:

Следовательно, общая деформация клети:

.

Модуль жесткости:

Такая жесткость достаточна. Так как нормативная жесткость черновой клети на ТЛС 3000 равна 5 - 6 МН/мм.

подшипник прочность деформация станина

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Технологическая инструкция мТИ 229-ПГЛ-035- 109-2006 г.Алчевск 2008г.

2. А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник Машины и агрегаты металлургических заводов т.3 «Металлургия», 1988 г.

3. FAG Rolling Bearing for Rolling Mills

4.Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Оборудования цехов ОМД» Данько В.М. - Алчевск, ДонГТУ, 2006. - 12 с.

5. Іванченко Ф.К., Гребеник В.М.,Ширяєв В.И. Розрахунок машин і меха- нізмів прокатних цехів. Київ, "Вища школа", 1995.-с.454

6. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. т.1. М.:

"Машиностроение", 1980.-с.728

Размещено на Allbest.ru

...