Исследование влияния резьбы на входном конусе валков и угла подачи на образование внутренних плен

  мм.

_{Определим длину прошивной  зоны по формуле:}

Разобьем  на 5 участков:  

.

         Результаты расчёта ширины контактной  поверхности для конуса раскатки приведены в таблице 9.

 

Таблица 9

Таблица результатов расчета 

	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм
5	681,5	175	1,44	28,65	5,17	51,87
6	694,5	184,3	1,41	28,13	5,08	53,02
7	707,5	193,6	1,43	28,42	5,13	54,69
8	720,5	202,9	1,48	29,59	5,34	56,95
9	733,5	212,2	1,6	31,84	5,75	59,95
10	746,5	221,5	1,79	35,72	6,45	64,01

 

Определим площадь контакта металла с валком по формуле:

,

где F_пр - площадь контакта металла с валком в конусе прошивки, мм;

      F_раск - площадь контакта металла с валком в конусе раскатки, мм.

Определим площади контакта металла с валком для конусов  прошивки и раскатки по формуле:

.

Определим сопротивление  деформации для стали 20 по кривым упрочнения, приведённые в справочнике [4], принимая следующие данные:

• Температура прошивки Т_пр=1200 ⁰С;
• Степень деформации.  Определим степень деформации по формуле:

.

• Скорость деформации при прошивки приблизительно составляет u=3…6 сек^-1.

Принимаем сопротивление  деформации равным Ϭ_S=56 МПа.

Определим среднее нормальное давление в конусе прошивки по формуле:

.

Подставив рассчитанные значения в формулу, имеем:

.

Рассчитаем нормальное давление в конусе раскатки по формуле:

.

Подставив рассчитанное значение в формулу:

.

Тогда полное усилие на валок  рассчитаем по формуле:

.

Подставим найденные значения в формулу, получим:

.

Рассчитаем момент прокатки по формуле:

.

Подставим рассчитанные значения в формулу, получим:

.

         Мощность прокатки определим  по формуле:

 

Нагрузка на главные привода:

 

Допустимая нагрузка на главные  привода стана I_пр=6,4КА

4.4.Расчеты на прочность основных узлов и деталей прошивного стана при прошивке

 

4.4.1.Расчет валка

 

Исходные данные для расчета:

1. Наибольший диаметр валка - d_в=1300мм.
2. Расстояние между опорами валка - l=2410мм.
3. Коэффициент трения -  f = 0,5.
4. Усилие, действующее на валок - P =450,2кН.
5. Момент прокатки на одном валке - M_пр.в=81,5 кНм.
6. Расстояние от точки опоры валка до бочки - l₁.=0,228.

Для расчета представим валок как балку рис.7.

Определим силу трения со стороны  заготовки по формуле:

.

Подставим известные величины в формулу, получим:

кН.

Тогда момент, действующий  в центре балки можно определить по формуле:

.

Подставив рассчитанные  и известные значения, имеем:

 кНм.

 

 

Расчетная схема

Рис. 7

 

Рассчитаем силы реакции  опор балки R_a и R_в по формулам:

;

.

Подставим известные значения в формулу и, получим:

;

.

Рассмотрим опасные сечения 1-1 и 2-2.

Сечение 1-1:

Рассчитаем нормальные и  касательные напряжения, возникающие  в стержне в сечении 1-1.

Нормальные напряжения определим  по формуле:

.

Касательные напряжения определим  по формуле:

Подставив известные значения имеем:

;

.

Результирующее напряжение в сечении 1-1 определим по формуле:

.

Подставим рассчитанные значения в формулу, получим:

.

Сравним результирующее напряжение с допускаемым для стали 50ХН:

³s_рез1-1 - условие прочности выполняется.

Сечение 2-2:

Рассчитаем нормальные и  касательные напряжения возникающие в стержне в сечении 2-2.

Нормальные напряжения по формуле:

.

Касательные напряжения по формуле:

.

Подставив известные значения в формулы и, имеем:

;

.

Рассчитаем результирующее напряжение в сечении 2-2 по формуле, получим:

.

Сравним полученное напряжение с допускаемым напряжением для  стали 50ХН:

³s_{рез 2-2} - условие прочности выполняется.

 

 

4.4.2.Расчет нажимного винта

 

Исходные данные для расчета:

1. Диаметр нажимного винта - d₁ = 215,3мм.
2. Диаметр нажимного винта по зубу - d₀ =250мм.
3. Шаг резьбы t=20мм.
4. Количество витков n=246.
5. Усилие, действующее на нажимной винт P=346,51кН.

Расчетная схема приведена на рис.8.

 

Расчетная схема нажимного  винта

Рис.8

 

Определим нормальные напряжения возникающие в нажимном винте по формуле:

Подставим известные величины в формулу, получим:

.

Сравним рассчитанное напряжение с допускаемым для стали 40ХН:

- условие прочности выполняется.

 

4.4.3.Расчет гайки нажимного винта

 

Расчетная схема гайки приведена на рис.9.

 

 

Расчетная схема гайки

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9

 

Сделаем расчет:

На смятие резьбы по формуле:

.

Подставим значения в формулу, получим:

.

Сравним полученное напряжение с допускаемым:

- условие прочности выполняется.

На изгиб резьбы по формуле:

.

Подставим значения в формулу, получим:

Сравним полученное значение напряжения с допускаемым:

- условие прочности выполняется.

На срез резьбы по формуле:

.

Подставив значения в формулу, имеем:

.

Сравним полученное значение напряжения с допускаемым:

- условие прочности выполняется 

 

4.4.4.Расчет устойчивости стержня оправки

 

Исходные данные для расчета:

1. Длина стержня L=14175мм.
2. Толщина стержня d_ст=270мм.
3. Модуль упругости E=2,15_*10¹¹Па.
4. Зазор между стержнем и трубой D=0,017м.
5. Усилие действующее на стержень Q=225,1кН.

Расчетная схема для стержня приведена на рис. 10.

 

Расчетная схема

Рис. 10

 

Рассчитаем напряжение возникающее в стержне по формуле:

,

где F - площадь поперечного сечения; E - модуль упругости; I - момент инерции; W - момент сопротивления поперечного сечения изгибу.

Рассчитаем неизвестные величины, входящие в формулу.

Площадь поперечного сечения  рассчитаем по формуле:

.

Подставив известные значения, имеем:

.

Момент инерции определим  по формуле:

.

Подставив известные величины, получим:

м⁴.

Момент сопротивления  поперечного сечения изгибу:

.

Подставив известные величины, имеем:

м³.

Подставляем найденные и  известные величины в формулу, имеем:

Сравним полученное значение напряжения с допускаемым напряжением  для данной стали при коэффициенте запаса прочности n=10:

- условие прочности выполняется.

 

4.4.5.Расчет предохранительной муфты

 

Рассчитаем момент, при  котором произойдет выключение муфты - срез предохранительных болтов по формуле:

,

где М_пр - момент прокатки; n - коэффициент запаса прочности предохраняемых деталей; s_е и s_в - предел упругости и предел прочности предохраняемых деталей.

При М_пр=163кН_*м,  n=10,  , имеем:

.

 

4.4.6.Расчет универсальных шпинделей

 

Исходные данные для расчета:

1. Диаметр головки валка D=620мм.
2. Момент прокатки на одном валке М_пр.в=81,5_*м.
3. Диаметр тела шпинделя d_ш=0,32м.
4. Геометрические характеристики шпинделя:

а=410мм; в=654мм; с=260мм; в₁=290мм; в₂=182мм; h=160мм;h=0,25; х=50мм.

Расчетная схема приведена на рис.11.

 

 

 

 

Расчетная схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.11

 

При передаче шпинделем крутящего  момента М_пр.в вкладыш будет давить на щеку шпинделя с силой Р. Определим силу Р по формуле:

.

Подставим известные величины в формулу, получим:

.

Таким образом, при передаче шпинделем крутящего момента  в сечении щеки 1-1 на расстоянии х от оси шарнира будут возникать напряжения и от кручения, и от изгиба.

Напряжение кручения в  сечении 1-1 рассчитаем по формуле:

,

где W_кр - момент сопротивления сечения 1-1 кручению.

Момент сопротивления  сечения 1-1 кручению определим по формуле:

.

Подставив формулу в формулу и также подставив численные значения во вновь получившуюся формулу, имеем: