4 Расчет шпинделя на изгиб и на прочность

Чертеж шпинделя дан в приложении 3.

Исходные данные:

кН·м;

°;

мм;

мм;

1. Определим плечо приложения равнодействующей силы [2]:

Площадь трапеции и треугольников:

; ;.

Статические моменты:

.

Так как , то получим:

.

2. Рассмотрим случай работы шпинделя, когда угол наклона (горизонтальное положение). Сечениебудет соответствовать сечению:

мм.

мм.

Момент, скручивающий одну щеку головки шпинделя:

кН·м.

Усилие , действующее на щеку головки шпинделя:

кН·м.

Заменяя сегмент сечения равновеликой трапецией, получим:мм,мм,мм,мм,,.

Момент сопротивления трапеции, заменяя ее прямоугольником:

мм³.

Напряжение кручения в сечении :

МПа.

Напряжение кручения в теле шпинделя диаметром мм:

Н/мм² МПа.

Угол закручивания тела шпинделя:

на длине мм:

°.

На 1 м длины шпинделя:

°.

3. Рассмотрим сечение при работе шпинделя с максимальным углом наклона. Так как, то напряжения в сечениибудут незначительно отличаться от напряжений, подсчитанных выше для случая.

4. Рассмотрим некоторое произвольное сечение , параллельное оси шарнира головки шпинделя и расположенное от него на расстояниимм при.

При геометрическом построении равновеликой трапеции находим мм;мм;мм;мм.

Центр тяжести трапеции:

мм.

Графически находим плечо силыотносительно центра тяжести сечения (нейтральное волокно):мм.

Момент, изгибающий это сечение:

кН·м.

Напряжение изгиба в сечении :

мм³.

Н/мм² Н/мм².

Напряжение кручения в сечении :

мм.

кН·м.

; .

мм³.

Н/мм².

5. Рассмотрим сечение под угломк оси шарнира шпинделя ик вертикали.

мм; мм;мм;мм.

мм; мм;

мм³.

кН·м.

Напряжение изгиба:

Н/мм² Н/мм².

Напряжение кручения в сечении :

мм.

кН·м.

; .

мм³.

Н/мм².

Напряжение растяжения в сечении :

Усилие, нормальное к сечению :

кН.

Н/мм².

Результирующие напряжения:

а) по сечению :

Н/мм².

б) напряжение растяжения в точке :

Н/мм².

6. Определим напряжения в сечении более точно, принимая консоль слева от сеченияза кривой брус.

Обозначим ширину элемента сечения через на расстоянииот центра кривизны; площадь этого элемента:

.

Радиус нейтральной линии кривого бруса:

;

мм;

Радиус центра тяжести трапеции:

мм.

Статический момент сечения относительно нейтральной линии:

мм³.

Максимальное напряжение изгиба в точке :

МПа.

Максимальное напряжение в точке Н/мм² не превосходит допустимое напряжение для стали 30ХГВТ, из которой изготовлен шпиндель (МПа иМПа). Запас прочности по пределу текучести составляет:

.

7. Напряжение изгиба в вилке лопасти со стороны рабочего валка (сечение ):

кН·м.

мм³.

Н/мм² МПа.

Сечение имеет форму прямоугольника и испытывает напряжение кручения:

; .

мм³.

Н/мм² МПа.

Лопасть муфты со стороны рабочего валка изготовлена из стали 40ХН, для которой МПа, запас прочности по максимальному изгибающему моменту (от предела текучести).

Полученные коэффициенты запаса прочности () в различных сечениях шпинделя, рассматриваемого в расчете, позволяют говорить о том, что при заданных нагрузках шпиндель не подвергается нагрузкам, ведущим к преждевременному выходу шпинделя из строя.

Приложение 1

Приложение 2 Приложение 3 Список использованных источников

1. Коновалов Ю.В. Расчет параметров листовой прокатки: Справочник. - М.: Металлургия, 1986. - 430 c.

2. Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов - Справочник. - М.: Металлургия, 1985. - 376 c.

3. Барков Н.А., Катрюк В.П., Ворошилов Д.С., Оборудование прокатно-прессово-волочильных цехов – Конспект лекций. – Красноярск.: Сибирский федеральный университет, 2011. – 79 с.

4. Омельченко Б.Я., Санкин М.Ю., Оценка эффективности осевой сдвижки рабочих валков клетей кварто с различными профилировками.