2.2 Назначение, устройство и принцип работы виткообразователя стана 150

Виткообразователь предназначен для преобразования катанки в витки с диаметром 1050 мм.

Виткообразователь состоит из полого вала из кованного материала, конических колец со спиральными зубьями с закалённой боковой поверностью зубов, приводного вала и корпуса, подшипников из кованного материала, корпуса редуктора, трубы Стельмор, держателя трубы, защитного колпака, сварной конструкции. Полый вал установлен на специальных подшипниках с увеличенным зазором в подшипнике.

Увеличенный зазор в подшипнике необходим из-за нагрева полого вала раскалённой катанкой.

Так как форма витка имеет большой значение для траспортировки и дальнейшей обработки катанки, необходимо особенно тщательно проводить обслуживание и техобслуживание виткообразователя.

1 – Трайбаппарат, 2 – Рама, 3 - Виткообразователь

Рисунок 3 - Виткообразователь с трайбаппаратом стана 150

2.3 Основные технические характеристики виткообразователя стана 150

Редуктор для виткообразователя: Передаточное число: Технические данные двигателя: Укладывающая труба: Колпак для виткообразователя: Пневматический цилиндр:

Коническое колесо с винтовыми зубьями i= 0,655 n= 0-1550 об/мин N= 0-120 квт Диаметр средней трубы 1040 мм, труба: 51х6,3 Материал: 10 CR MO 910 Диаметр поршня: 200 мм Диаметр поршневого штока= 63 мм Ход=610мм

4. Расчетная часть (кинематический и силовой расчет, расчет на прочность валов, подшипников).

Кинематический и силовой расчет привода виткообразователя стана 150.

Рисунок 3 – Кинематическая схема привода

1 – Электродвигатель, 2 – Муфта, 3 – Редуктор, 4 – Цапфа

Мощность на ведущем валу, кВт

, (1)

где Р_дв=120 кВт - номинальная мощность двигателя;

η_м = 0,98 - КПД муфты;

η_пк = 0,99 - КПД подшипников;

Мощность на ведомом валу, кВт

, (2)

где η_кп=0,96 - КПД конической передачи (табл.2.2 [1]);

Частота вращения и угловые скорости валов привода, рад/с

,

, (3)

;

,

, (4)

где u₁=0,655 - передаточное число.

;

, (5)

;

Вращающий момент на валу двигателя, Н∙м

, (6)

.

Вращающий момент на ведущем валу, Н∙м

, (7)

Вращающий момент на ведомом валу, Н∙м

, (8)

.

Расчет вала на прочность

Проверочный расчёт на прочность выполняют на совместное действие изгиба и кручение. При этом расчёт отражает разновидности цикла напряжений изгиба и кручение, усталостные характеристики материалов, размеры, форму и состояние поверхности валов.

Цель расчёта – определить коэффициенты запаса прочности в опасных сечениях вала и сравнить их с допускаемыми:

S>[S]

[S]=2 – коэффициент запаса.

Номинальное напряжение в опасном сечении

, (13)

где М=24 Н∙м – суммарный изгибающий момент в опасном сечении;

мм - осевой момент сопротивления сечения вала;

Н/мм .

Касательное напряжение, Н/мм

, (14)

где Н ∙ м – крутящий момент;

мм - полярный момент сопротивления сечения вала;

.

Коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчётного сечения вала

, (15)

, (16)

где K_σ=2,05 (К_τ=1,65) – эффективный коэффициент концентрации напряжений (таблица 11.2 [1]);

K_d=0,81 (K_d=0,7) – коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (таблица 11.3 [1]);

K_F=1,0 – коэффициент влияния шероховатости;

;

.

Пределы выносливости в расчётном сечении вала, Н/мм

, (17)

где σ_-1=335 Н/мм² – для стали 45;

;

τ_-1=0,58σ_-1=0,58∙335=194,3 Н/мм²;

, (18)

.

Коэффициент запаса прочности в опасных сечения

, (19)

;

, (20)

.

Общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении

, (21)

.

Проверочные расчёты на прочность и на кручение дают удовлетворительные результаты.

Расчет подшипников

Силы в зацеплении

Окружная

, (22)

где d=400 мм – делительный диаметр ведомого колеса;

.

Радиальная

, (23)

.

Осевая

, (24)

.

Консольная на цапфе

, (25)

.

Реакции в опорах подшипников

Данные для расчета:

a=0.05м, b=0.225м, c=0.125м, d₁=0.4м, F_t=2187 H, F_r=824 Н, F_a=586 Н, Р=1046 Н.

Вертикальная плоскость

, (26)

Н;

, (27)

Н.

Проверка: (верно).

Эпюра изгибающих моментов относительно оси в характерных сечениях 1…4

Hm

Hm,

.

Горизонтальная плоскость

, (28)

Н;

, (29)

Н.

Проверка: (верно).

Эпюра изгибающих моментов относительно оси в характерных сечениях 1…4

,

,

Эпюра крутящих моментов

Н ∙ м.

Схема нагружения вала

Рисунок 3 – Схема нагружения ведомого вала

Суммарные радиальные реакции

, (30)

Н;

, (31)

Н.

Суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях, Н∙м

, (32)

Н ∙ м.

Проверяем подшипник качения по его динамической грузоподъёмности

C_rр=722кН – динамическая грузоподъёмность радиально-упорного сдвоенного шарикового подшипника SKF 7220.

С_or=714кН – статическая грузоподъёмность подшипника.

Определяем эквивалентную динамическую нагрузку R_E для подшипника качения

R_E=VR_r1K_бK_Т, (33)

По таблице 9.4 [1] в зависимости от характера нагрузки и вида машинного агрегата определяем K_б.

Т.к. L_h=20·10³ – долговечность подшипника, то K_б=1,5, K_T=2 (таблица 9.5[1]);

R_E1=40,4·1,5·2=121, 2 Н.

Рассчитываем динамическую грузоподъемность

, (34)

где n=12315 об/мин – частота вращения внутреннего кольца подшипника соответствующего вала;

L_h=20·10³ – долговечность подшипника;

a₂₃=0,8 – коэффициент, учитывающий влияние качество подшипника и качество его эксплуатации;

a₁=1 – коэффициент надёжности;

.

Проверяем условие L_10h>L_h

, (35)

.

Данный подшипник пригоден к эксплуатации.

Проверяем подшипник скольжения

Расчет производят по удельной нагрузке p в подшипнике и величине pv, в некоторой мере характеризующей его износ и нагрев.

Окружная скорость на шейке вала

(36)

где n=12315 об/мин – частота вращения внутреннего кольца подшипника соответствующего вала;

d=400 мм – диаметр подшипника;

.

Удельная нагрузка в подшипнике

(37)

где l=45 мм – длина подшипника;

P=409,6 Н – сила, действующая на подшипник;

[p]=1÷3 МПа – допускаемая удельная нагрузка на подшипник скольжения для редукторов;

.

Величина pv

(38)

где [pv]=6÷12 МПа·м/с – допускаемая величина подшипника скольжения для редукторов;

.

Данный подшипник пригоден к эксплуатации