Реферат
В данном курсовом проекте представлена конструкция клетис трехвалковым калибром, которая предназначена для прокатки сортовых профилей смаксимальным диаметром до 40мм.
В данной работе приведен обзор конструкций рабочих клетейсортовых станов, а также подробно описана конструкция и работа трехвалковойклети 430. Произведен проверочный расчет приводного вала на прочность,рассчитанный на максимальное усилие прокатки до 450 кН с крутящим моментом23кН*м. Выполнен расчет двухрядных сферических роликоподшипников на долговечность.
Содержание
Введение
1. Обзорконструкций клетей для прокатки сортовых профилей с максимальным диаметром до40 мм
2. Описаниеконструкции разработанной прокатной клети
3.Расчет приводного вала на прочность
3.1Расчет сил в коническом зубчатом зацеплении
3.1.1Расчет окружной силы
3.1.2Расчет радиальной силы на шестерне
3.1.3Расчет осевой силы на шестерне
3.2Расчет результирующего напряжения
3.2.1Расчет реакций опор в вертикальной и горизонтальной плоскости
3.2.2Расчет изгибающих моментов в плоскости X и Y
3.2.3 Определениеэквивалентного изгибающего момента
3.2.4Расчет момента сопротивления в опасном сечении
3.2.5Расчет касательного напряжения в опасном сечении
3.2.6 Проверочныйрасчет
4.Расчет двухрядных сферических роликоподшипников на долговечность
4.1Расчет эквивалентной радиальной нагрузки
4.2Расчет динамической грузоподъемности
Списокиспользованной литературы
Введение
Рабочая клеть является основным устройством прокатногостана, так как в ней осуществляется собственно прокатка металла.
Рабочая клеть каждого прокатного стана состоит изследующих основных узлов и деталей: двух станин, установленных на плитовинах,закрепленных на фундаменте, валков с подушками и подшипниками, механизмов дляустановки и уравновешивания валков, валковой арматуры (проводок, устройств дляохлаждения или нагрева валков и т.п.).
По конструкции клети различают прокатные станы, имеющие всоставе следующие виды клетей: а) двухвалковые – «дуо»; б) трехвалковые –«трио» (сортовые и листовые); в) четырехвалковые – «кварто»; г), д)шестивалковые; е) двенадцативалковые; з) клети с многовалковыми калибрами дляпроизводства катанки, труб и фасонных профилей. При производстве труб испециальных видов проката широко используются клети поперечно-винтовой прокаткии клети специальных конструкций (прокатка колес, бандажей, винтов, шестерен идр.).
Целью курсового проектирования является умение решитьпоставленную перед собой инженерную задачу, воспользовавшись знаниями,полученными на практических и лекционных занятиях, а также при прохождениипроизводственной практики. Возможность получения практических навыков припроектирование требуемой конструкции машины.
В качестве темы курсового проекта задается конструктивнаяразработка прокатной клети 430 с трехвалковым калибром.
1. Обзор конструкций клетей для прокатки сортовыхпрофилей с максимальным диаметром до 40 мм
Обзор конструкций клетей для прокатки сортовых профилей смаксимальным диаметром до 40 мм произведём основываясь на материалах работы[1].
На рисунке 1 представлены рабочая клеть 420 полунепрерывногосреднесортного стана 350.
/>
Рисунок 1. Рабочая клеть 420 полунепрерывногосреднесортного стана 350
Рабочие клети с горизонтальными валками 420×800 ммвыполнены со станинами открытого типа, но с жестким штифтовым соединением.Прокатные валки (13) смонтированы на подшипниках жидкостного трения и снабженынажимными механизмами: нижним – (15) с одним ручным приводом, используемым длянастройки переточенных валков, и верхним (4) – который приводится двумяиндивидуальными электрическими приводами (18) мощностью 3 кВт и числом оборотов520 в минуту каждый, через червячные редукторы (8) и (10). С цельюпредохранения от самоотвинчивания на концах нажимных винтов сделаны сферическиепяты (3) увеличенного диаметра, в результате чего несколько увеличиваетсямомент трения в пяте. Уравновешивающее устройство – пружинное. Траверсауравновешивающего устройства – (12).
После переточки валков для их настройки и совмещения калибровс постоянной линией прокатки валки с подушками можно перемещать по вертикальнойпри помощи нижних нажимных винтов с ручным приводом от рукоятки с двумяхраповиками.
На рисунке 2 представлена рабочая клеть 370полунепрерывного среднесортного стана 350 с вертикальными валками.
Клеть 350 конструкции ЭЗТМ с вертикальными валкамиявляется клетью № 11 сортового стана 350. Валки (7) приводятся от вертикальногоэлектродвигателя (5) через редуктор, от которого момент через редуктор спередаточным числом 3,15 и вертикальные шпиндели (6) передается двум валкам,смонтированным также на подшипниках жидкостного трения. Собственна рабочаяклеть смонтирована в станине (1) и установлена в вертикальной плоскости назаданный калибр посредством нижнего нажимного механизма (4) с электрическимприводом. Перевалка рабочей клети осуществляется заменой внутренней клети свертикальными валками в целом.
/>
Рисунок 2. Рабочая клеть 370 полунепрерывного стана 350
На рисунке 3 представлена предварительно напряженнаярабочая клеть (ПНК-280) конструкции ВНИИметмаша, две такие клети установлены нанепрерывном мелкосортном стане 280 вместо чистовых клетей обычного типа.
/>
Рисунок 3. Предварительно напряженная рабочая клеть(ПНК-280) конструкции ВНИИметмаша
Валки с номинальным диаметром 280 мм с длинойкалиброванных бочек 500 мм установлены в подушках (5) и (7) на подшипникахжидкостного трения (15) ПЖТ-180. Нижние подушки зафиксированы направляющимивтулками (3) в нижней плите (1), установленной на фундаментной плитовине.Верхние подушки соединены общей траверсой 10 и зафиксированы в нейнаправляющими втулками (9), на траверсе расположены два крюка (14) для подъемаклети мостовым краном.
При помощи гидрогаек (12) подушки сжимаются между собойчетырьмя стяжными болтами (4), закрепленными снизу чеками (2), опирающимися навтулки (3).
Предварительная сборка клети осуществляется на стенде,расположенном вблизи стана. Положение верхнего валка по отношению к нижнемуустанавливается при помощи прокладок (6) между подушками и фиксируетсяпредварительной затяжкой болтов при навинчивании внутренних поршневых гаек (12)до упора их в наружное цилиндрическое опорное кольцо (11). Для созданияпредварительного напряжения системы болты-подушки в гидрогайки при помощиручного плунжерного насоса под большим давлением нагнетается масло впространство под поршнями (12); при этом через резьбовое соединение болты будутнаходиться под напряжением растяжения, а подушки под напряжением сжатия.
На рисунке 4 представлен чистовой блок непрерывногопроволочного стана 150.
/>
Рисунок 4. Чистовой блок непрерывного проволочного стана150
Чистовой блок состоит из жесткого стального корпуса,внутри которого в направляющих установлены и закреплены десять одинаковыхнебольших клетей-блоков с двумя консольными валками в каждом. Приводныедвухопорные валы установлены на цилиндрических подшипниках жидкостного трения вэксцентриковых втулках блока; путем поворота эксцентриковых втулокосуществляется радиальное перемещение валков с калибрами.
Валковая кассета состоит из монолитного стального корпуса(станины)
(1), внутри которого на подшипниках жидкостного трения(2) установлены приводные валы (7), на консольном конце которых насажены валки(шайбы) (10) из твердого сплава, номинальный диаметр валков 150 мм.
При настройке кассеты на стенде радиальная регулировкавалков осуществляется путем поворота эксцентриковых втулок (3), имеющихзубчатые секторы (4), находящиеся в зацеплении с зубчатой рейкой (5); рейкаперемещается в продольном направлении винтовым приводом маточной гайки (6) привращении вала (8), соединенного с небольшими коническими шестернями. Осеваянастойка валков осуществляется прокладками под кольцом (17) на торцеэксцентриковых втулок (3).
Валок (10) устанавливают на консольном конце (16)приводного валапри помощи винта (12), упорной планки (15) и упорных колец (9);плотность посадки валка достигается запрессовкой конической втулки (11) приосевом перемещении упорной втулки (13) винтом (14), ввинчиваемым в резьбовоеотверстие на конце вала (16). Для восприятия осевых усилий на концах приводныхвалов установлены шариковые упорные подшипники (18) и резьбовые кольца.
Приводные валы являются валами-шестернями (7),находящимися в зацеплении с боковыми шестернями, нижняя из которых приводитсяконической шестерней (20) общего трансмиссионного вала (21), соединенный средуктором на оси электродвигателя.
2. Описание конструкции трехвалковой прокатной клети
Рабочая трехвалковая клеть 430, предназначена дляпрокатки сортовых профилей до 40мм.
Рабочая клеть (черт. ФМ-194.08.001.01.00.00. СБ), состоитиз станины открытого типа, состоящей из двух половин: корпуса (5) и крышки (6),соединенных болтами М20×1,5 (9), М36×1,5 (10), М36×1,5 (11).В расточках станины, под углом 1200 находится три рабочих вала, диаметром 125мм, связанные между собой коническими зубчатыми зацеплениями (8), один из которыхявляется приводным (1). Валы клети смонтированы на радиальных двухрядныхсферических подшипниках 3003128 ГОСТ 5721-75 (12) установленных в расточкахподушек (7). Для восприятия осевых нагрузок на концах валов установленышариковые упорные 8128 ГОСТ 8338-75 (13), а для восприятия радиальных нагрузок радиальные1000928 ГОСТ 8338-75 (14) подшипники. На валах при помощи шлицевого соединениязакреплены бандажи (4), диаметром 430 мм и длиной бочки 70 мм. На концах валов(2) и (3) установлены стопорные гайки, для регулировки втулки, поджимающейнижнее кольцо подшипника. Для комбинированного охлаждения валов используютсянепрерывно подаваемая вода. Для смазки конической шестерни и подшипников вполости зацепления используется централизованная жидкая смазка, для остальныхподшипников подается централизованная густая смазка.
Рабочий вал (1) приводиться от электродвигателя черезредуктор, имеющий максимальный крутящий момент 23 кН*м. Затем крутящий моментраспределяется на рабочие валы (2) и (3) через конические шестерни (8).
3. Расчет приводного вала на прочность
Расчёт приводного вала на прочность произведёмосновываясь на материалах работы [2].
3.1 Расчет сил в коническом зубчатом зацеплении [3]
/>
Рисунок 5. Силы в коническом зубчатом зацеплении
Исходные данные:
Наибольший крутящий момент />;
Диаметр шестерни в середине ширины зубчатого венца />;
Угол наклона зуба />;
Угол делительного конуса />.
3.1.1 Расчет окружной силы
/>, (1)
где: />наибольший крутящий момент, Н/м;
/> диаметр шестерни в серединеширины зубчатого венца.
/>.
3.1.2 Расчет радиальной силы на шестерне
/> , (2)
где: />радиальный коэффициент силы.
При угле наклона зуба равном />
/>,
где: />угол делительного конуса, />.
/>.
/>.
3.1.3 Расчет осевой силы на шестерне
/>, (3)
где: />осевой коэффициент силы.
При угле наклона зуба равном />
/>.
/>.
3.2 Расчет результирующего напряжения
Исходные данные:
Диаметр вала: />;
Частота вращения вала: />;
Крутящий момент на валу: />;
Усилие на вал: />.
3.2.1 Расчет реакций опор в вертикальной и горизонтальнойплоскости
Проецируем на ось Y:
/>;
/>; (4)
/> />/>.
/>
/>;
/>; (5)
/> />.
/>
Проецируем на ось X:
/>;
/> />. (6)
/>.
/>;
/> />. (7)
/>.
3.2.2 Расчет изгибающих моментов в плоскости X и Y
Вычислим изгибающие моменты в плоскости Y.
/>. (8)
/>.
/>.
/>. (9)
/>.
/>. (10)
/>.
/>. (11)
/>.
Вычислим изгибающие моменты в плоскости X.
/>.
/>. (12)
/>.
/>. (13)
3.2.3 Определение эквивалентного изгибающего момента [4]
Эквивалентный изгибающий момент горизонтальных ивертикальных сил ищем в месте наибольшего изгибающего момента и найдется иззависимости:
/>. (14)
3.2.4 Расчет момента сопротивления в опасном сечении
/>, (15)
где: />диаметр бочки вала, />.
/>.
Тогда напряжение изгиба в опасном сечении:
/>. (16)
3.2.5 Расчет касательного напряжения в опасном сечении[5]
/>, (17)
где: />момент сопротивления сечения прикручении
/>. (18)
/>.
/>.
3.2.6 Проверочный расчет [4]
Поскольку у нас валы стальные, то результирующеенапряжение вычисляется следующим образом:
/>, (19)
/>.
Допускаемое напряжение равно:
/>, [7] (20)
где: /> — запас прочности, />;
/>.
/>.
/>.
Результирующее напряжение удовлетворяет условиюпрочности.
4. Расчет двухрядных сферических роликоподшипников надолговечность
Расчёт двухрядных сферических роликоподшипниковпроизведём основываясь на материалах работы [4].
Исходные данные: [6]
Внутренний диаметр: />;
Внешний диаметр: />;
Номинальный угол контакта: />;
Диаметр ролика: />;
Число рядов тел качения в подшипнике: />;
Число тел качения в каждом ряду: />;
Длина ролика: />.
Параметр осевого нагружения: />;
Динамическая грузоподъемность: />;
Статическая грузоподъемность: />.
Суммарная радиальная реакция первой и второй опоры равны:
/> (21)
Минимально необходимые для нормальной работырадиально-упорных подшипников осевые силы равны:
/>. (22)
Отношение
/>,
что меньше /> />.
4.1 Расчет эквивалентной радиальной нагрузки
/>, (23)
где: /> коэффициент динамическойрадиальной нагрузки;
/>коэффициент динамической осевойнагрузки;
/> радиальная нагрузка;
/>осевая нагрузка;
/> коэффициент вращения, />;
/> коэффициент безопасности,учитывающий динамическую
нагрузку, />;
/> температурный коэффициент, />.
/>.
4.2 Расчет динамической грузоподъемности
/> (24)
где: />коэффициент пропорциональности;
/>.
Коэффициент находиться /> в зависимости от соотношения
/>,
где: />диаметр окружности, проходящейчерез центры тел качения.
/>.
В нашем случае />.
Находим динамическую грузоподъемность:
/>.
Рассчитаем подшипник на долговечность
/> (25)
где: />коэффициент, корректирующий ресурсв зависимости от
надежности, />;
/> – коэффициент, характеризующийсовместное влияние на
ресурс особых свойств подшипника и условий его
эксплуатации, />.
/> показатель степени, />.
/>.
/>.
Список использованной литературы
1.Целиков А.И., Зюзин В.И., и др. Современное развитие прокатных станов. – М.:Металлургия, 1972.– 324с.
2. ФеодосьевВ.И. Сопротивление материалов.–М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана,1999. –592с.
3.Черновский С.А., Снесарев Г.А. Проектирование механических передач.–М.:Машиностроение, 1994. – 145с.
4.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах -8-е изд.,перераб. и доп. под ред. И.Н. Жестковой – М.: Машиностроение, 2001.–912с.
5. ЦеликовА.Н., Полухин П.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах Т.3.Машины и агрегаты для производства и отделки проката. – М.: Металлургия,1988.–680с.
6.Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения. Справочник. – М.: Машиностроение,1992.–608с.
7.Технологическое оборудование прокатных цехов: конспект лекций.