Рельсобалочный стан

 

Содержание

Оглавление

Введение 2

1. Анализ существующих прокатных станов 4

2. Выбор двигателя 18

3. Проверка электродвигателя на допустимую перегрузку 20

4. Проверка деталей на прочность 22

4.1. Расчет зубчатого зацепления шевронной передачи. 22

4.2. Расчет шестеренного валка на прочность. 23

4.3. Расчет на прочность валков 27

4.4. Определение долговечности подшипников. 28

4.5. Расчет зубчатой муфты. 29

4.6. Расчет универсального шпинделя 30

5. Смазка. 32

6. Техника безопасности 33

7. Влияние на экологию 35

Список используемой литературы 37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Прокатный стан – это  комплекс машин и агрегатов, предназначенный  для осуществления пластической деформации металла в валках ( собственно прокатки)  и его дальнейшей обработки, т.е. резки, правки, зачистки, упаковки и т. д.

Машины и агрегаты прокатного цеха можно разделить на две группы: машины и механизмы главной линии  прокатного стана и машины и агрегаты поточных технологических линий  цеха.

Основным рабочим органом  ( технологическим инструментом) прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в рабочих клетях. Привод валков осуществляется электродвигателем через промежуточные передаточные механизмы и устройства. Машины и механизмы, предназначенные для вращения валков, а также для восприятия возникающих пластической деформации металла усилий и крутящих моментов, составляют главную линию прокатного стана.

Машины и механизмы  главной линии прокатного стана  состоят из рабочей клети,  передаточных механизмов и главного электродвигателя.

Рабочая клеть является основным устройством прокатного стана, так как в ней осуществляется собственно прокатка ( пластическая деформация) металла. Клеть представляет собой две массивные стальные литые станины, установленные на  плитовины,  прикрепленные к фундаменту анкерными болтами. В станинах смонтированы подушки с подшипниками и валками, а также устройства для перемещения верхнего валка по высоте и его осевой фиксации, направляющие проводки для металла и др.

Прокатные валки выполняют  основную операцию прокатки – деформацию        ( обжатие) металла и придание ему требуемых размеров и формы поперечного сечения. В процессе деформации металла вращающиеся валки воспринимают усилие, возникающее при прокатке, и передают его на подшипники и другие детали рабочей клети стана.

В зависимости от конструкции  и расположения валков рабочие клети  прокатных станов можно разделить  на несколько групп: двухвалковые, трехвалковые,  четырехвалковые,  многовалковые, универсальные и клети специальной конструкции.

 В зависимости от  расположения рабочих клетей  прокатные станы разделяют на  следующие пять групп: одноклетевые ,  линейные многоклетевые, последовательные,  полунепрерывные,  непрерывные.

В зависимости от назначения ( т. е. от вида выпускаемой продукции) прокатные станы можно разделить на следующие группы.

Станы горячей прокатки: обжимные ( блюминги, слябинги), заготовочные, рельсобалочные, крупносортные, среднесортные, мелкосортные, проволочные, широкополосовые  и штрипсовые  ( выпускающие штрипс-заготовку для труб в виде полосы шириной до 400 мм).

Станы холодной прокатки: листовые, полосовые, жестепрокатные и станы для прокатки тонкой и тончайшей ленты.

Станы узкого назначения ( специальной конструкции): колесопрокатные, бандажепрокатные, для прокатки полос и профилей переменного сечения и т. д.

За основной параметр сортовых прокатных станов, характеризующий  их размер, обычно принимают диаметр  прокатных валков или шестерен шестеренной  клети. Если в стане несколько  клетей, параметром всего стана в  целом является диаметр валков или  шестерен последней чистовой клети. Например, стан 800 означает, что диаметр  рабочих или шестеренных валков чистовой клети равен 800 мм.

Основным параметром листовых станов является длина бочки валка, которая определяет наибольшую ширину прокатываемых на стане листов или  полосы. Например, стан 2000 означает, что  длина бочки валков равна 2000 мм.

 

1. Анализ существующих прокатных станов

Все прокатные станы, работающие на металлургических предприятиях, несмотря на многообразие конструкций классифицируются по назначению, количеству и расположению рабочих клетей и валков в рабочих клетях. Прокатные станы в зависимости от назначения, т.е. от вида выпускаемой продукции можно разделить на следующие три группы.

Станы горячей прокатки, к которым относятся обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, штрипсовые, листовые, широкополосные.

Станы холодной прокатки, к которым относятся листовые, жестепрокатные и станы для прокатки тонкой и тончайшей ленты.

Станы специального назначения - колесопрокатные, бандажепрокатные, для прокатки полос и профилей переменного сечения, шаров, шестерен, винтов, гнутых профилей и т.п.

Основным параметром обжимных, заготовочных и сортовых станов является диаметр  валков или шестерен шестеренной  клети в мм. При наличии в стане нескольких рабочих клетей параметром стана является диаметр валков чистовой клети.

Основным параметром листовых станов является длина бочки валка, мм, которая определяет наибольшую ширину прокатываемых на стане листов или полос. В этом случае название "толстолистовой стан 3000" означает, что длина бочки валков равна 3000 мм, при этом на стане прокатывают толстый лист шириной до 2700-2800 мм.

По количеству и расположению рабочих  клетей прокатные станы разделяют  на следующие пять групп:  
- одноклетевые; 
- линейные

- многоклетевые; 
- последовательные; 
- полунепрерывные; 
- непрерывные. 
На рисунках приведены схемы расположения рабочих клетей прокатных станов, где 1 - двигатель, 2 - шестеренная клеть, 3 - рабочие клети, 4 - непрерывная черновая группа, 5 - непрерывная чистовая группа.

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Одноклетьевой стан

Одноклетевые станы (рис. 1) являются простейшим типом прокатного стана. В состав оборудования стана входят одна рабочая клеть и линия привода рабочих валков, которая состоит из шпинделей, шестеренной клети, редуктора, муфт и главного электродвигателя. Входящее в линию привода валков оборудование в основном повторяется на прокатных станах с более сложным расположением рабочих клетей. К станам этой группы относятся станы для производства полупродукта (блюминги, слябинги, заготовочные) и готового проката (станы горячей и холодной прокатки).

Наиболее простыми являются линейные многоклетевые прокатные станы (рис. 2), на которых рабочие клети расположены в одну или более линий. При этом каждая линия приводится от одного электродвигателя.Одноклетевые станы могут быть реверсивными, когда рабочие валки могут попеременно вращаться в одну и другую сторону, или нереверсивными - рабочие валки вращаются только в одну сторону. 

Линейные многоклетевые станыиспользуют главным образам как заготовочные, сортовые, рельсобалочные, проволочные и листовые.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Линейный многоклетьевой стан

Последовательные станы (рис. 3) характеризуются расположением рабочих клетей, стоящих друг за другом таким образом, что прокатываемая полоса проходит в каждой клети один раз. Поэтому число клетей такого стана должно быть равно максимальному числу проходов, необходимых для получения готового профиля. На последовательных станах рабочие клети обычно размещают в несколько параллельных рядов, с тем чтобы сократить длину цеха и лучше использовать его площади. Причем на таких станах расстояние от клети к клети в направлении прокатки увеличивается соответственно увеличению длины прокатываемой полосы. Увеличивается и частота вращения валков. 
 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Последовательный стан

К последовательным станам относятся станы с рабочими клетями, расположенными в шахматном порядке. Последовательные станы используют в основном как сортовые.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Полунепрерывный стан

Полунепрерывные станы состоят из двух групп рабочих клетей: непрерывной и линейной, или последовательной. В непрерывной группе клетей прокатываемая полоса может находиться одновременно в двух, трех и более клетях, т.е. прокатываться непрерывно. А во второй группе полоса прокатывается или на линейном, или на последовательном стане.

Полунепрерывные станы используются как сортовые, проволочные и полосовые.

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Непрерывный стан

Наиболее современными станами  являются непрерывные станы. По сравнению с другими типами станов непрерывные характеризуются более высокими скоростями прокатки. При этом привод валков рабочих клетей может быть как индивидуальный, так и групповой. Непрерывные станы характеризуются наибольшей производительностью по сравнению с другими типами станов. Эти станы используют в качестве заготовочных, широкополосных, средне- и мелкосортных, проволочных и др.

По расположению и количеству валков в рабочих клетях и их конструкции  прокатные станы делятся на несколько  групп: двух-, трех-, четырех- и многовалковые, универсальные специальной конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Двухволковая клеть

Двухвалковые клети (рис. 6) наиболее распространены, и бывают реверсивные и нереверсивные. В реверсивных клетях валки имеют переменное направление вращения. Прокатываемый металл проходит между валками вперед и назад нужное количество раз, а валки соответственно изменяют направление вращения, реверсируются. Реверсивные двухвалковые клети применяют в обжимных, толстолистовых, сортовых и листовых станах. 
В нереверсивных двухвалковых клетях валки имеют постоянное вращение в одну сторону. Прокатываемый металл проходит между валками такой клети только один раз и в одном направлении. Нереверсивные клети применяют в линейных многоклетевых, последовательных, полунепрерывных и непрерывных прокатных станах при производстве заготовок, сортового проката, катанки, листа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 – Трёхвалковая клеть

В трехвалковых клетях (рис. 7) оси валков расположены в одной вертикальной плоскости и имеют постоянное направление вращения. Трехвалковые клети нашли широкое применение при производстве сортового проката. Прокатываемый металл движется в одну сторону между нижним и средним валками и в обратную сторону - между средним и верхним. Для подъема металла на верхний уровень и его задачи между верхним и средним валками перед клетью или позади ее устанавливают подъемно-качающиеся столы. При производстве листа также применяют трехвалковые клети, но со средним валком меньшего диаметра, чем нижний и верхний. Средний валок является неприводным и в процессе прокатки прижимается то к верхнему, то к нижнему валку. Так же как и при производстве сортового проката, перед клетью и позади нее устанавливают подъемно-качающиеся столы. Поскольку трехвалковые клети обладают небольшой производительностью и малой жесткостью валковой системы, в последнее время их применяют все реже.

В четырехвалковых клетях, как и в трехвалковых, валки также расположены в одной вертикальной плоскости один над другим. В этих клетях два валка 1 являются рабочими, а два других 2 - опорными. Рабочие валки имеют меньший диаметр и размещены в середине клети, опорные валки имеют больший диаметр и расположены сверху и снизу. Опорные валки предназначены для уменьшения прогиба рабочих валков и для увеличения жесткости валковой системы. Приводными валками в клетях кварто являются рабочие валки. Станы с четырехвалковыми клетями получили широкое распространение для горячей и холодной прокатки толстых и тонких листов, широких полос и лент. 
С использованием четырехвалковых клетей прокатка осуществляется на непрерывных многоклетевых и одноклетевых станах.Четырехвалковые нереверсивные клети используют на непрерывных станах. Реверсивные четырехвалковые клетииспользуют в одноклетевых станах горячей и холодной прокатки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 – Шестивалковая клеть

К многовалковым клетям относятся шести-, двенадцати- и двадцативалковые клети. Шестивалковые клети имеют два рабочих приводных валка 1 и четыре опорных 2. Эти клети отличаются повышенной жесткостью самой клети и меньшим прогибом опорных валков. Благодаря этому клети используют для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах с точными допусками по толщине. Однако поскольку преимущества этих клетей по сравнению с четырехвалковыми клетями невелики, а конструкция их сложнее, то значительного распространения они не получили.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 – Двенадцативолковая клеть

Широко применяются в прокатном  производстве двенадцативалковые (рис. 9) и двадцативалковые (рис. 10) клети. Такое усложнение конструкций рабочих клетей оправдывается рядом преимуществ, которые выражаются в жесткой конструкции валковой системы и всей рабочей клети. Это позволяет применять их для производства тонкой и тончайшей ленты. Диаметры рабочих валков 1 в таких многовалковых клетяхнезначительны и лежат в пределах от 3 до 50 мм. Они являются неприводными и опираются на ряд приводных валков 2 с большим диаметром, а последние, в свою очередь, на ряд опорных валков.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 – Двадцативолковая клеть

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11 – Универсальные клети

Универсальные клети (рис. 11) имеют горизонтальные 3 и вертикальные 4 валки, расположенные в одной вертикальной плоскости. Обжатие металла осуществляется горизонтальными и вертикальными валками одновременно. Такие клети применяются в универсальных балочных клетях,где вертикальные валки неприводные. Эти клети применяют только для прокатки широполочных двутавровых балок (высота балок до 1000 мм, ширина полок до 400 мм). Но последнее время их начинают использовать и для прокатки других профилей (рельсов, универсальных листов и др.). Кроме того, универсальные (обычные) клети применяют как реверсивные двухвалковые (в слябингах) или четырехвалковые (в черновых широкополосных станах) клети. В этих клетях вертикальные плоскости, в которых размещены или горизонтальные, или вертикальные валки, находятся на некотором близком расстоянии друг от друга. 
В этих клетях обжатие прокатываемого металла осуществляется и горизонтальными и вертикальными валками. При этом вертикальные валки располагают с передней или задней стороны рабочей клети, и задачу которых входит получение ровных и гладких боковых граней прокатываемого металла.

Клети специальной конструкции имеют самое различное расположение валков. К этой группе относятся колесопрокатные, бандажепрокатные, кольцепрокатные, шаропрокатные станы, а также станы для прокатки профилей переменного и периодического сечения, шестерен и других изделий. 

Рельсо-балочные станы Рельсо-балочный стан имеет наибольшее распространение на наших заводах. Двухвалковая реверсивная обжимная клеть стана расположена в самостоятельной линии, валки этой клети имеют диаметр 900 мм, длину бочки 2300 мм и приводятся реверсивным электродвигателем мощностью 8000+8700 кВт с частотой вращения 0—50— 120 об/мин. Вторая линия рельсо-балочного стана состоит из двух черновых трехвалковых клетей 2 и одной чистовой двухвалковой клети о. Черновые клети имеют валки диаметром 800 мм с длиной бочки 2000 мм, которые приводятся во вращение электродвигателем мощностью 8000 кВт с частотой вращения 0—80— 180 об/мин. В чистовой двухвалковой клети установлены валки также диаметром 800 мм, но с длиной бочки 1100—1200 мм. Валки чистовой клети приводятся электродвигателем мощностью до 3000 кВт с частотой вращения 80—160 об/мин. При прокатке двутавровых балок на современных рельсо-балочных и крупносортных станахиспользуется сменная универсальная клеть, устанавливаемая на месте чистовой двухвалковой клети. Кроме горизонтальных приводных валков, обрабатывающих стенку и внутренние поверхности полок, в этой клети установлены вертикальные .неприводные валки, расположенные в одной плоскости с горизонтальными и обрабатывающие полки с внешних сторон. Диаметр горизонтальных валков 1000 мм, длина бочки 600 мм, валки вращаются в текстолитовых вкладышах. Шейки горизонтальных валков небольшого диаметра (~360 мм), что позволяет между их подушками расположить подушки вертикальных неприводных валков. Диаметр вертикальных валков 800 мм, длина бочки 300 мм, валки вращаются в конических роликовых подшипниках. Применение универсальной клети в качестве чистовой позволяет снизить внутренний уклон полок до 8% (по ГОСТ 8239—72 этот уклон >12%) и повысить точность двутаврового профиля. Валки в трехвалковых клетях соединены между собой трефовыми шпинделями и муфтами. Перевалка валков трехвалковых клетей и двухвалковой чистовой осуществляется заменой клетей целиком. В рабочих трехвалковых и двухвалковых клетях конструкции УЗТМ применено весьма жесткое соединение стоек станин с крышками при помощи боковых клиньев, работающих на срез.  Обжимные двухвалковые реверсивные  клети рельсо-балочных станов имеют манипуляторы и кантователи, во многом аналогичные, установленным на блюмингах. В отличие от блюмингов кантователи здесь расположены с обеих сторон клетей и кантовка раскатов осуществляется в четных и нечетных проходах. Трехвалковые клети оборудованы с обеих сторон автоматизированными подъемно-качающимися столами с вильчатыми манипуляторами и клещевыми кантователями. Работа чистовой двухвалковой клети рельсо-балочного стана согласуется с работой расположенных за ней салазковых пил. При работе чистовой клети в автоматическом режиме пуск рольганга перед клетью осуществляется с пульта управления пилами: наличие раската на рольганге контролируется фотореле ФР1. После включения рольганга и подачи раската в валки отключение рольганга происходит автоматически при прекращении засвечивания горячим металлом ФР1. Главный двигатель чистовой клети имеет автоматическое управление и вращается непрерывно на пониженной скорости. При захвате раската валками срабатывает реле статического тока ФР2, которое дает команду на разгон двигателя. После выхода заднего конца раската из поля действия ФР2 последнее дает импульс на торможения главного двигателя. Балки с параллельными полками  высотой до 1000— 1050 мм и шириной  полок до 400—410 мм (ГОСТ 6183— 52) прокатывают  на универсальных балочных станах. Прокатка на этих станах удобна и сравнительно проста, поскольку обжатие стенки и фланцев можно регулировать независимо одно от другого путем изменения установки горизонтальных и вертикальных валков. Исходным материалом для прокатки балок на этих станах являются слитки массой 20 т прямоугольного и двутаврового сечения. Слитки двутаврового сечения  применяют для прокатки балок  больших номеров (высотой более 600 мм). Сначала слитки прокатывают на двухвалковом реверсивном блюминге с диаметром  валков, достигающим 1500 мм (масса каждого  валка около 60 т). Валки приводятся от индивидуальных электродвигателей  мощностью по 6500 кВт с частотой вращения 0—40— 80 об/мин. Полученный на блюминге раскат двутаврового сечения  после зачистки на МОЗ и обрези концов на ножницах попадает на универсальный балочный стан. При этом предусматривается подогрев фасонных блюмов в методических печах с шагающим подом до 1180—1250° С перед прокаткой на балочном стане, если производятся балки высотой менее 600 мм. При прокатке балок высотой 600 мм и более металл перед станом может и не подогреваться. Универсальный балочный стан состоит  из обжимной реверсивной двухвалковой клети А с диаметром валков 1300 мм, черновой / и предчистовой II групп клетей и чистовой клети III, расположенных последовательно. В черновой группе две клети —  вспомогательная двухвалковая и  универсальная здесь осуществляется непрерывная реверсивная прокатка в двух клетях за 3—7 проходов. Диаметр  валков вспомогательной двухвалковой клети 1250 мм, в ней обрабатываются только кромки полок раскатов. Клеть  приводится двигателем мощностью около 3100 кВт. Универсальная клеть имеет  горизонтальные валки диаметром 1350+1500 мм и вертикальные неприводные валки диаметром 950+1100 мм. Горизонтальные валки обрабатывают стенку и внутренние поверхности полок, вертикальные — наружные поверхности полок. Универсальная клеть приводится двигателем мощностью около 7500 кВт. В предчистовой группе клетей стана, в отличие от черновой, первой по ходу прокатки установлена универсальная клеть 2, за ней — вспомогательная двухвалковая клеть 1. Здесь также осуществляется непрерывная реверсивная прокатка в двух клетях за несколько проходов. Валки обеих клетей имеют такие же размеры, как и валки клети черновой группы стана. Универсальная клеть приводится электродвигателем мощностью около 6300 кВт; вспомогательная — электродвигателем мощностью примерно 2100 кВт. Чистовая универсальная клеть  имеет валки такого же диаметра, как и другие универсальные клети. Горизонтальные валки чистовой клети  приводятся электродвигателем мощностью  около 3100 кВт. В чистовой клети осуществляется только один проход без обжатия кромок фланцев. Производительность универсального балочного стана примерно 1600 тыс. т в год. Основным положением при расчете  обжатий при прокатке балок на универсальном балочном стане является постоянство отношений толщины  стенки профиля к толщине полки  по всем проходам Отметим, что применение широкополочных балок с параллельными полками  вместо обычных двутавровых позволяет  уменьшить массу металлоконструкций и сэкономить до 7—10% металла благодаря  более рациональному распределению  металла между стенкой и полками  профиля, а также значительно  снизить затраты при монтаже  металлоконструкций. Особенно удобны широкополочные балки в качестве колонных профилей при строительстве. Производство широкополочных балок  в последние годы, помимо прокатки их на универсальных балочных и отчасти  на рельсо-балочных и крупносортных станах, осуществляется и сваркой на специализированных станах. Это объясняется тем, что балки больших размеров примерно от № 60 и больше экономически выгоднее изготовлять с помощью радиочастотной сварки из трех полос. Производство широкополочных балок с помощью высокочастотной сварки, не требующей флюсов и электродов и имеющей скорость сварки 15—28 м/мин (в несколько раз превышающую скорость электродуговой сварки), позволяет значительно расширить сортамент изделий с толщиной стенки менее 3—4 мм, которые нельзя получить на прокатном стане. Кроме того, при этом есть возможность изготовлять профили с -элементами из разных сталей. Известен и представляет также  большой интерес новый способ производства широкополочных балок  гибкой из широкой полосы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор двигателя

Определение давления металла на валки.

Диаметр валков D_B=850 мм;

Рельс Р43

F₀=6600 мм² – площадь сечения рельса до прокатки,

b₀=110 мм² – ширина рельса до прокатки,

F₁=5700 мм² – площадь сечения рельса после прокатки,

b₁=114 мм² – ширина рельса после прокатки.

Определение приведённых толщин сечения  профиля:

средняя ширина  рельса b_cp= = =112 мм;

высота рельса до прокатки h₀= мм;

высота рельса после прокатки h₁= мм;

средняя высота рельса h_cp= = =55 мм;

абсолютное обжатие ∆h=h₀-h₁=50-60=10 мм.

Длина контакта металла с волками l:

==65 мм.

Относительное обжатие :

.

Среднее давление металла на волки :

МПа, где:

предел текучести  МПа;

коэффициент напряженного состояния ;

коэффициент влияния ширины полосы на удельное давление ;

вытяжка ;

, где коэффициент трения  .

Полное усилие прокатки кН.

Определим момент прокатки, принимая коэффициент плеча приложения силы Р

кНм.

Мощность двигателя  кВт, где

угловая скорость , где

n – обороты двигателя, n=260 об/мин,

КПД .

Выбираем электродвигатель постоянного  тока П-20-100-7к, у которого:

мощность двигателя  кВт,

число оборотов об/мин,

коэффициент перегрузки ,

момент инерции якоря  кгм².

 

 

 

 

 

 

 

3. Проверка электродвигателя на допустимую перегрузку

Статический момент:

Нм, где

момент холостого хода принимается 5% от момента прокатки Нм;

передаточное число  ;

КПД .

Динамический момент , где

угловое ускорение  ;

момент инерции тел  , где:

момент инерции двигателя  ;

момент инерции муфты МЗ-15 ;

момент инерции шестерённого валка 

Разбиваем валок на простые составляющие (рис. 12) и находим момент инерции  каждой из бочек

m=1320

m=6310 310

Ø410

m=1280

Ø410

1400

1240

1280

Ø850

 

 

 

 

 

 

Рисунок 12 – Шестерённый валок

 

m_шв – масса валка,

R_шв – радиус валка,

;

момент инерции шпинделя ;

3240 310

Ø380

m=3050 310

 

Рисунок 13 – Шпиндель

момент  инерции рабочего валка находится  также как и шестерённого валка  ;

1000 310

1200 310

1000 310

m=5324 310

Ø850

m=1303 1303 310

Ø460

m=1303 1303 310

Ø460

 

 

 

Рисунок 14 – Рабочий валок

 

полный  момент инерции  ;

динамический момент Нм.

Номинальный момент двигателя  Нм.

- перегрузка допустима.

4. Проверка деталей на прочность

1. Расчет зубчатого зацепления шевронной передачи.

Расчетной нагрузкой является передаваемый максимальный крутящий момент и определяемый с учетом коэффициента К качества изготовления зацепления

- максимальный момент, передаваемый  зацеплением.

Расчетный коэффициент К определяется по формуле , где

К₁ – коэффициент ширины шестерни при

d₀ – делительный диаметр шестерни

b – длина нарезанного участка

К₂ – коэффициент концентрации, определяемый по формуле , при передаточном числе

К₃ – коэффициент качества, для второго класса точности изготовления

Таким образом  .

Нм= Нмм;

Нмм.

Проверочное определение контактного  напряжения в поверхностном слое зубьев шестерни (при угле эвольвенты , угле наклона зубьев и перекрытии ) выполняется по формуле:

МПа МПа.

Напряжение изгиба и основания  зубьев шестерни:

номинальный модуль ;

число зубьев ;

коэффициент концентрации напряжения у основания зубьев при нарезке  шестерни червячной фрезой ;

коэффициент формы зубьев шестерни, определяется от приведённого числа  зубьев ;

МПа МПа.

Допускаемые напряжения для материалов зубчатых шестерен и колёс твердостью 200÷350 НВ:

1. На сдвиг в поверхностном слое зубьев МПа;
2. На изгиб в опасном сечении у ножки зуба ;

Для сталей 40X, из которых изготавливаются шестерни МПа и

МПа:

МПа и  МПа.

 

2. Расчет  шестеренного валка на прочность.

Рассмотрим усилие действующее  на зубья шевронной шестерни (при  расчете шейке вала на прочность  коэффициент концентрации К напряжений в зубьях не учитываем).

Угол в торцевом сечении шестерни ;

Зная величину угла определяем усилие, действующее в зубьях в этом сечении - максимальное окружное усилие в зацеплении

 при 

Н, где

d₀ – делительный диаметр шестерни мм,

m – модуль ,

z – число зубьев .

Это усилие, направленное под углом  к горизонтали, будет изгибать шейки шестеренного валка и восприниматься подшипником. На каждую шейку будет действовать усилие: Н.

Определяем радиальную силу Н.

Усилие в шейках .

Построим эпюры изгибающих моментов в сечении II-II (рис. 15):

Нмм;

Нмм;

 Нмм.

          Максимальное напряжение изгиба  МПа;

Кроме напряжения изгиба в шейках валков возникают также напряжения кручения. Максимальное напряжение кручения будет в шейке шестерни со стороны двигателя и оно определяется по формуле , где

- максимальный курящий момент передаваемый шейкой двум шестерням от ведущего вала двигателя

МПа

Результирующее напряжение в этой шейке от действия изгибающего и  крутящего момента 

Допускаемое напряжение для шеек при  изготовлении шестеренных валков из кованной стали 40Х можно принимать МПа. Результирующее напряжение должно быть меньше допускаемого.

Мпа< =130 МПа

Построим эпюры нагружающих  моментов в сечении I-I (рис. 15):

Нмм,

 Нмм,

 Нмм,

 Нмм.

Напряжение изгиба в сечении  I-I равно МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

II

351

R_By

P_p

R_Ay

II

I

P_T

1128

1128

R_Ax

R_Bx

352

27

M_х, Нмм

128

10

M_у, Нмм

 

 

M_кр, Нмм

Рисунок 15 – Эпюры нагружающих моментов

 

 

 

 

 

3. Расчет  на прочность валков

Диаметр валка  мм,

Длина бочки мм.

Изгибающий момент, действующий  в калибре при прокатке, определяется по формуле , где

Р – полное давление металла на валки при прокатке кН;

а – длина валка мм;

х – расстояние от опоры до точки действия силы Р мм;

Нмм;

Напряжение изгиба в точке валка  МПа

- момент сопротивления поперечного  сечения валка

Допускаемые напряжения в валках принимают  исходя из предельного запаса прочности 

Для кованых валков из углеродистых сталей МПа

МПа.

l=710 мм – длина шейки (принимаем l=2c);

d=460 мм – диаметр шейки;

Шейку валка рассчитывают на изгиб  сечения I-I и кручение по формулам

МПа

МПа

МПа МПа.

 

 

4. Определение долговечности подшипников.

Подшипник на рабочем валке.

Подшипник роликовый конический четырёхрядный  №77788 установлен на шейках рабочего валка  чистовой клети ДОУ 850.