Расчет на прочность валков шестеренных клетей

И ПРОВЕРКА НА ОПРОКИДЫВАНИЕ

 

Цель работы: Изучение конструкции шестеренных клетей, их принципа работы, и выполнить расчет на прочность зубчатого зацепления валка, а так же на опрокидывание клети. Исходные данные приведены в таблице 8.2.

 

Теоретическая часть

 

Максимальный крутящий момент, передаваемый зубчатым зацеплением

 

; (8.1)

 

где - максимальный момент, передаваемый зубчатым зацеплением, Н ^.мм; - коэффициент концентрации нагрузки и качества изготовления.

Как правило, разрушение шестерен происходит из-за контактного выкрашивания, поэтому проверку зацепления проводим по контактной прочности

 

, (8.2)

 

где – межцентровое расстояние, мм; – ширина шестерни, мм; - допускаемое напряжение на контактах смятия, для марок сталей 40Х, 60Х2МФ; – передаточное число.

Ширину шестерни необходимо выбирать от типа клети (узкие , средние и широкие ). Тип клети необходимо выбирать самостоятельно.

Проверка зубьев по напряжениям изгиба у основания

 

(8.3)

 

где - коэффициент концентрации, зависящий от изготовления зуба, - при долблении ; при червячном фрезеровании и при дисковом фрезеровании (способ изготовления зуба выбрать самостоятельно); - коэффициент формы зуба, при числе зубьев до 29, ; при числе зубьев от 30 до 50, ; при более 50, ; – число зубьев; - нормальный модуль зацепления, мм.

Нормальный модуль выбирают в интервале и выбирают его по ГОСТ9563-60 в мм.

Таблица 8.1. Модуль зубчатого зацепления, мм (ГОСТ9563 - 60)

1-й ряд	1.00	1.25	2.00	2.50	3.00	4.00	6.00	8.00	10.00	16.00	20.00	_ _ _ _ _
2-й ряд	1.375	1.75	2.25	2.75	3.50	4.50	7.00	9.00	11.00	14.00	18.00	22.00	_ _

 

Суммарное число зубьев

; (8.4) где - угол наклона зубьев ().

Суммарное число зубьев желательно принимать в пределах 36…58.

Допускаемые напряжения изгиба для сталей марок 40Х, 60Х2МФ .

Рис.8.1. К расчету шестеренного валка: а) силы, действующие в шевронном

зубчатом зацеплении; б) направление сил в торцевом сечении.

 

Проверка шестеренного валка на прочность. Угол в торцевом сечении шестерни

;

 

Зная , определим усилие, действующее в зубьях, в этом сечении. Из рис.8.1 находим

; (8.5)

 

где - максимальное окружное усилие в зацеплении шестерен.

Значение можно определить из крутящего момента, передаваемого зацеплением

; (8.6)

 

где - диаметр начальной окружности шестерни, ().

Это усилие, направленное под углом к горизонтали, изгибает шейки шестеренного валка и воспринимается подшипниками. На каждую шейку действует усилие равное

. (8.7)

 

Максимальное напряжение изгиба в сечении I-I между шейкой и шестеренкой равно

. (8.8)

 

Изгибающий момент в этом сечении будет равен произведению силы , действующей на шейку, на расстояние от оси шейки до опасного сечения I-I. Это расстояние можно принять равным половине длинны шейки шестеренного валка, т.е. , тогда

; (8.9)

 

где и - длинна и диаметр шейки шестеренного валка.

Кроме напряжений изгиба в шейках шестеренных валков возникают так же напряжения кручения. Максимальные напряжения кручения будут в шейке шестерни со стороны двигателя (или редуктора)

 

; (8.10)

 

где - максимальный крутящий момент, передаваемый шейкой двум шестерням от ведущего вала (или редуктора).

Результирующие напряжения в этой шейке от действия изгибающего и крутящего моментов будет равно

 

. (8.11)

 

Расчет шестеренной клети на опрокидывание. Для выбора диаметра болтов крепления шестеренной клети к фундаменту определяется усилия, действующие на болты с одной стороны (см. рис. 8.2)

; (8.12)

 

где – вес клети, – расстояние между болтами, установленными с одной и другой стороны шестеренной клети, - опрокидывающий момент, действующий на клеть.

Для того чтобы лапы плитовины не отходили от фундамента, каждый болт надо затянуть с усилием 20…30% больше растягивающего усилия, т.е. усилие в одном болту

; (8.13)

 

где – число фундаментных болтов с одной стороны клети.

Диаметр болта определяется из условия прочности

 

; (8.14)

 

где - допускаемые напряжения материала болта на растяжение.

Опрокидывающий момент, дейс-твующий на клеть будет равен

 

; (8.15)

 

Рис.8.3. К расчету шестеренной клети где - вращающий момент на верх-

на опрокидывание нем (неприводном) шестеренном валку,

- вращающий момент на нижнем (приводном) шестеренном валку.

Для определения максимального опрокидывающего момента рассматривается три случая работы клети:

1. Простой процесс прокатки (нормальная работа стана), т.е. , тогда ;

2. Поломан верхний шпиндель, т.е. , тогда и весь крутящий момент будет предаваться нижним шпинделем () и

3. Поломан нижний шпиндель, т.е. , тогда и весь крутящий будет передаваться верхним шпинделем () и .

Отчет о работе должен содержать: тему и цель работы, расчетные схемы и расчетную часть со всеми пояснениями; в конце работы необходимо сделать вывод, в котором необходимо указать основные параметры шестеренной клети и выбранные фундаментные болты, которые рассчитывают по максимальному опрокидывающему моменту. Если условия прочности не выполняются, то необходимо предложить решение возникшей проблемы. Для подготовки к защите ответьте на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы:

1) Объясните принцип работы шестеренной клети.

2) Почему в шестеренной клети передаточное число равно еденице

3) В каких целях используют шестеренную клеть

4) Изобразите кинематическую схему шестеренной клети для двадцативал-кового стана.

 

Таблица 8.2. Исходные данные для выполнения работы

- масса шестеренной клети
Вариант								Вариант
кНм	мм	мм	мм	т	м	-	кНм	мм	мм	мм	т	м	-
	0.8					1.5			1.8					1.8
	1.0					2.0			1.9					2.6
	1.1					1.8			2.0					2.8
	1.2					2.2			2.1					1.8
	1.3					2.4			0.6					2.0
	1.4					2.2			0.7					1.2
	0.9					1.8			0.8					1.5
	1.5					2.2			0.9					1.2
	1.6					2.0			1.0					2.2
	.1.2					2.2			1.1					0.8
	1.3					2.4			1.2					2.0
	1.4					2.0			1.3					1.8
	1.5					1.8			1.4					2.0
	1.6					2.6			1.5					1.6
	1.7					2.4			1.6					1.8

 

 

Литература

1. Гулидов И.Н. эксплуатация механического и транспортного оборудования прокатных цехов. – М.: Металлургия, 1991.

2. Вейс А.И. и др. средства огневой зачистки металла. – М.: Металлургия, 1987

3. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. – М.: Металлургия, 1987.

4. Пучкин А.Е. Эксплуатация, техническое оборудование и ремонт гидроприводов металлургического оборудования. – М.: Металлургия, 1991.

5. Плахин В.Д. Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин. – М.: Металлургия, 1983.

6. Ушаков Н.С. Мостовые и электрические краны. – Л.: Машиностроение, 1988.

7. Целиков А.И., Полухин Н.И., Гребенин В.М. и др. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. – М.: Металлургия, 1988.

8. Федосов Н.М., Бринза В.Н., Астахов И.Г. – Проектирование прокатных цехов. М.: Металлургия, 1983.

Франценюк И.В., Франценюк Л.И. Современное металлургическое производство. – М.: Металлургия, 1999

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические данные двигателей постоянного тока производства завода «Электротяжмаш»

Типоразмер двигателя	Мощность	Напряжение	Ток	Частота вращения	Момент	Динамический момент инерции	Масса	КПД
	кВт	В	А	мин^-1	кН м	10^3 кг-м^2	10^3кг	%
П2-18/70-0.315					83,6	1,2	25,8	78,2
П2-21/90-4				100/250		12,5	80,0	93,2
П2-23/85-7,1				100/180		32,2	102,5
П2-23/106-7,1				80/125	847,6	38,8		94,3
П2-23/170-8				50/80				93,4
П2-24/71-6,3				160/315		—	81,8
П2-25/130-9				63/120		77,5		94,8
П2-26/150-10				50/100		121,2		94,7

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Технические данные реверсивных двигателей постоянного тока серии П2 21-25-го габаритов производства ПО ХЭМЗ

Типоразмер двигателя	Мощность	Ток	Частота вращения	Момент	Динамический момент инерции	Масса	КПД
	кВт	А	мин^-1	кН м	10^3 кг-м^2	10^3кг кг	%
П2-630-215-86			90/150	334,25	13,63	69,4	92,5
П2-630-216-8С			71/125	423,7	16,68	65,4	91,7
ПВ2-630-217-8К			56/100	537,2	19,5		91,1
ПВ2-630-217-14К			125/150	542,4	20,05		94,3
П2-800-217-8С			56/100	537,2	19,6	107,35	91,1
П2-800-217-14С			125/150	542,4	20,05	108,15	94,3
П2-800-218-8С			45/80	668,5	22,4	125,5	90,1
П2-800-218-14С			90/125	753,4	22,85		93,7
П2-800-227-8С			50/100		29,8		90,9
П2-800-227-14С			100/125		30,25		94,4
П2-800-228-8С			40/80		38,5		89,3
П2-800-228-14С			80/125				93,7
П2-800-237-8С			45/90		43,8		90,9
П2-800-237-14С			90/100				94,5
П2-1000-238-8С			36/71	1193,7	53,8		89,8
П2-1000-238-14С			71/100	1210,6			94,0
П2-1000-247-8С			40/80	1074,4		162,5	90,8
П2-1000-247-14С			80/90	1193,7	63,5	164,5	94,5
П2-1000-248-8С			32/63		80,25	189,5	89,9
П2-1000-248-14С			63/90	1515,9	83,45	191,5	93,7
П2-800-253-8С			90/125	530,5	52,5		93,7
П2-800-255-8С			63/100				93,2
П2-1000-257-8С			36/71	1485,5	82,3		90,7
П2-1000-257-14С	12 500		71/90	1681,3	85,8		94,3

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В Технические данные двигателей постоянного тока производства ЛПЭО «Электросила»

Типоразмер двигателя	Мощность	Напряжение	Ток	Частота вращения	Момент	Динамический момент инерции	Масса	КПД
	кВт	В	А	мин^-1	кН м	10^3 кг-м^2	10^3кг	%
МП4000-32				32/80	1193,8
МП6300-63				63/80		42,5
МП6300-40				40/80				91,9
МП9000-63				50/80			^у208	93,7
МП 12500-63				63/90
МШООО-315				315/800	30,3	0,45		93,6
МП5600-300				300/400	178,3			95,2
МП7100-125				125/250	542,4	42,5	110,6	95,4
2МП2000-315	2 х 1000		2 х 2480	315/800	2 х 30,3	0,91	27,2	93,6
ЗМП3000-315	3 х 1000		3 х 2480	315/800	3 х 30,3	1,4	39,6	93,3
2МП3200-300	2x1600		2 х 3660	300/500	2 х 50,9	2,5		93,9
2МП11200-300	2 х 5600		2 х 6325	300/500	2x178,3	27,5		95,2
2МП14200-200	2x7100		2 х 7985	200/400	2x339			95,6
2МШ4200-125	2x7100		2 х 8000	125/250	2x542	95,0		95,4
2МШ4200-50	2 х 6300		2 х 7280	50/100	2x1203	212,5		92,8