Розрахунку на механічну міцність робочого валка стана ХПТ-75

На робочий валок (див. мал. 1) діє вертикальне зусилля прокатки, сточувальні та розрахункові зусилля відничих шестернь, а також крутильний момент.

Вихідні данні стана ХПТ-75:

Р_m =1500 кН; М_{пр. max} =83 кН·м; D_в. =336 мм; L₁ = 317, 5 мм; L₂ =337, 5 мм; L ₃ =202, 5 мм; L ₄ =135 мм; L ₅ =100 мм; d =365 мм; d₁ =180 мм; d₂ =205 мм; d₃ =195 мм; d₄ =220 мм; r =182 мм; b₂ =140 мм; b₃ =80 мм; h =160 мм; b =33 мм;

Розрахунок

1 Крутильний момент, діючий на одну шийку робочого валка

, Н (2.36)

Н·мм

2 Оточувальне зусилля на відничій шестерні

, (2.37)

де D_{в. ш.} – діаметр початкового кола ведучої шестерні

Н

3 Розпіркове зусилля

, (2.38)

де - кут прямозубого зачіплювання, = 20⁰

Н

4 Опорні реакції у вертикальній площині

, (2.39)

Н

5 Опорні реакції у горизонтальній площині

Н

6 Визначаємо напруження в перерізі 1 – 1

6.1 Згинальний момент у вертикальній площині

, (2.40)

Н·мм

6.2 Згинальний момент у горизонтальній площині

, (2.41)

Н·мм

6.3 Сумарний згинальний момент

, (2.42)

Н·мм

6.4 Напруження згинання

, (2.43)

мПа

6.5 Напруження обертання

, (2.44)

мПа

6.6 Сумарне напруження у перерізі 1 – 1

< , (2.45)

де - допустиме напруження згинання для матеріалу валка,

, (2.46)

тут - межа текучості матеріалу валка, для сталі 30ХГСА, = 850 мПа

К – коефіцієнт заноса міцності, враховуючи роботу валка при великих навантаженнях приймаємо К= 2, 5

Тоді мПа

мПа

мПа < мПа

Умови міцності виконуються.

7 Визначаємо напруження у перерізі 2 – 2

7.1 Згинальний момент у вертикальній площині

, (2.47)

Н·мм

7.2 Згинальний момент у горизонтальній площині

, (2.48)

Н·мм

7.3 Сумарний згинальний момент

, (2.49)

Н·мм

7.4 Напруження згинання

, (2.50)

мПа

7.5 Напруження обертання

, (2.51)

мПа

7.6 Сумарне напруження у перерізі 2 – 2

< , (2.52)

мПа

мПа < мПа

Умови міцності виконані.

8 Визначаємо напруження у перерізі 3 – 3

Переріз 3 – 3 валка (див. мал. 2) зображує собою півколо, послаблене у середині отвором центрового болта із отвором для центрового болта і з країв зевами.

8.1 Момент інерції перерізу відносно осі x – x

1 x – x = 1xx – 2·1xx – 1xx (2.53)

де 1xx – момент інерції півкруга, мм

1xx – момент інерції трикутника, мм

1xx – момент інерції прямокутника, мм

, (2.54)

тут r – півкола переріза

, (2.55)

мм

мм⁴

, (2.56)

мм⁴

Момент інерції трикутника замінює момент інерції фігури, утворюючої зев. Цей трикутник має висоту h (див. мал. 2), та площу рівну площині фігури, утворюючої зєв. Із умови рівняння цих площин визначається основа b₁ трикутника.

(2.57)

; 20⁰

, град (2.58)

де , град (2.59)

; sin = 26⁰

, мм (2.60)

мм

h - стан центра ваги перерізу

, (2.61)

мм

, (2.62)

мм⁴

Тоді мм⁴

8.2 Момент інерції перерізу відносно осі у – у

1у – у = 1уу – 2·1уу – 1уу (2.63)

де 1уу – момент інерції півкола

1уу – момент інерції трикутника

1уу – момент інерції прямокутника

, (2.64)

мм⁴

, (2.65)

мм⁴

, (2.66)

мм⁴

Тоді мм⁴

8.3 Момент опору перерізу відносно осі х – х

, (2.67)

мм³

8.4 Момент опору перерізу відносно осі у – у

, (2.68)

мм³

8.5 Максимальне зусилля прокатки Рmax діє на валок, коли переріз 3 – 3 повернуто відносно зображеного на малюнку 2, на кут приблизно 70...80⁰.

При розрахунку цього перерізу на максимальне зусилля прокатки приймаємо, що максимальне зусилля прокатки діє перпендикулярно осі у – у, а всебічне зусилля – перпендикулярно осі х – х

8.6 Згинальний момент у вертикальній площині

, (2.69)

Н·мм

8.7 Згинальний момент у горизонтальній площині

, (2.70)

Н·мм

8.8 Напруження згинання в перерізі 3 – 3 у моменту діючого у вертикальній площині

< , (2.71)

мПа

мПа < мПа

Умови міцності виконуються

8.9 Напруження згинання у перерізі 3 – 3 у моменту діючого у горизонтальній площині

, мПа (2.72)

мПа

мПа < мПа

Умови міцності виконуються.

Рисунок 2.4 – Розрахункова схема перерізу 3-3 робочого валка стану ХПТ

Рисунок 2.5 – Розрахункова схема робочого валка стану ХПТ