3.2.1 Расчет на прочность рабочего валка

Валки прошивных станов должны обладать высокой износостойкостью и иметь повышенный коэффициент трения на контакте металл-валок для улучшения условий захвата заготовки валками и уменьшения скольжения.

Валки изготовляют из сталей 35 и 45. Более твердые стали для валков применяют при прошивке заготовок из углеродистых сталей, более мягкие – при прошивке заготовок из высокоуглеродистых и легированных сталей.

Основные размеры валка: диаметр и длину его бочки выбирают на омновании практических данных ( в зависимости от типа и назначения стана ).

Исходные данные для расчета: давление металла на валок при установившемся процессе прокатки Р; осевое усилие на валок, передаваемое от прокатываемого металла при установившемся процессе – Т; крутящий момент на валке при установившемся процессе прокатки – М_кр и при максимальной перегрузке – М_кр1; число оборотов валка в минуту – n_в; мощность двигателя главного привода – N. Величины Р, Р_ос. и М_кр определяются расчетным путем.

В расчет на прочность валков прошивных станов входит определение напряжений по оси валка, проверка на срез и смятие бурта оси валка, воспринимающего осевую нагрузку, проверка посадки бочки валка на ось и долговечности подшипников качения.

Схема действия сил на валок прошивного стана показана на рис.3.9

Опорные реакции в горизонтальной плоскости R_1х и R_2х определяют по формулам:

,

,

Максимальный изгибающий момент в горизонтальной плоскости

Опорные реакции в вертикальной плоскости

Максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости

Суммарный изгибающий момент

Напряжения изгиба в средней части оси валка

где k_σ — коэффициент концентрации напряжений при изгибе.

Рис. 3.9 Схема действия сил на валок прошивного стана.

Напряжения кручения в оси валка

где k_τ — коэффициент концентрации напряжений при кручении.

Суммарные напряжения в оси валка

Осевое усилие Т передается на подшипник через бурт оси валка. Напряжения смятия на бурте

Напряжения среза в бурте

3.2.2 Определение момента, который передается посадкой бочки валка на ось

Бочку валка насаживают на ось по посадке А/Гр. По таблице посадок находят минимальный натяг σ_min при посадке А/Гр для диаметра оси d₂.

Крутящий момент, передаваемый при минимальном натяге M_d, оп­ределяют по формуле

где l₁ — длина посадочной части бочки; f— коэффициент трения, принимаемый равным 0,085; р—удельное давление на поверхности соприкосновения бочки с осью:

где С₁, = 0,7,

Здесь

m — коэффициент Пуассона.

Момент, передаваемый посадкой M_d, должен быть больше момента M_кр1 (M_кр1 — крутящий момент на валке, возникающий при максималь­ной перегрузке, вызывающей отключение двигателя главного привода, равный 2,5—3 7 M_кр).

3.2.3 Расчет нажимных устройств.

Для нормального протекания процесса прошивки валки должны занимать в рабочей клети определенное положение. Для этого в каждой рабочей клети предусмотрены следующие механизмы и устройства: нажимные устройства горизонтальной установки валков, устройства для уравновешивания и осевой установки валков.

В качестве нажимных устройств применяют специальные механизмы с нажимными винтами. (см.рис.3.3). Нажимной винт воспринимает усилие на валки при прошивке, приходящееся на одну шейку вала и передает его через нажимную гайку станине. Нажимные винты изготовляют из сталей Ст5, 40Х, 40ХН с упорной профильной резьбой.