Практическая работа 12 Расчёт универсального шпинделя на прочность

1 Цель работы:

• ознакомиться с конструкцией, применением и назначением шпинделей и методикой расчёта универсального шпинделя на прочность.

2 Средства обучения:

• конспект лекций, методические указания к практической работе;

• справочные таблицы.

3 Теоретическое обоснование

Шпиндели прокатных станов служат для передачи вращения валкам от шестерённой клети или от электродвигателей, а также от валков одной клети валкам другой клети (при линейном расположении клетей). Универсальные шпиндели позволяют передавать вращение между валами со значительным углом перекоса между ними (до 8° - 10°). Универсальные шпиндели устроены по принципу шарнира Гука.

Шпиндельное соединение представляет собой вал и два универсальных шарнира, каждый из которых состоит из вилки 1, лопасти 2 и бронзовых вкладышей 3 (рисунок 1).

Соотношение размеров универсального шарнира стандартизованы:

3,75; 0,457; (1,75 1,85);

0,534; 0,19; 0,334;

0,49; 0,305; 0,305;

0,1; 0,544; 0,133;

0,22; = 0,19; 0,075;

где D, d, S, h, l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, b₁, C₀, d₁, d₃, d₅, b, l – размеры шпинделя (см. Рисунок 1).

Наружный диаметр шарнира (D) также стандартизован, и имеется ряд диаметров, на который нужно ориентироваться при проектировании новых шпинделей.

Ряд наружных диаметров шпинделя (ГОСТ 6636-60) в мм:

200, 210, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560, 600, 630, 670, 710, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1060, 1120, 1180, 1250, 1320, 1400, 1500, 1600.

Лопасть и, особенно, вилка универсального шарнира представляют собой сложные по форме детали, сечения которых подвергают изгибу, растяжению, кручению и срезу. Для определения расчётных напряжений можно воспользоваться следующими формулами:

• расчётное напряжение в вилке, d_расч.в. , Н/мм²:

d_расч.в. = 35 , (1)

где D – наружный диаметр головки шарнира, мм,

d – диаметр расточки в вилке под вкладыши, мм,

М – момент, передаваемый шпинделем,

К – коэффициент, учитывающий угол наклона шпинделя,

К = 1 – 0,05a ,

где a - угол наклона шпинделя, град.

К =

d_расч.в. =

• расчётное напряжение в лопасти, d_расч.л., Н/мм²:

d_расч.л = (2)

где

х = 0,5(b₀ - b₂)sina + ,

х =

b₀ = ,

b₀ =

b₂ = ,

b₂ =

h - коэффициент, зависящий от отношения : выбирается по данным таблицы 1: промежуточные значения определяются путем интерполяции:

Таблица 1 – Определение коэффициента h

	1	1,5	2	3	4	6
h	0,208	0,346	0,493	0,801	1,15	1,789

d_расч.л =

Универсальные шпиндели реального прокатного стана работают в условиях больших динамических нагрузок, и довольно часто наблюдаются поломки деталей шпинделя. При этом бывает, что детали шпинделей разрушаются не от однократных перегрузок, а из-за возникновения и роста трещин в деталях.

Обычно шпиндели изготавливают из углеродистой кованой стали марки 40 или из легированных сталей 40Х, 40ХН, 40ХНМ, 35ХНВ. Предел прочности этих сталей равен 650-850 Н/мм².

Принимая пятикратный запас прочности, получим что допустимое напряжение шпинделя будет равно Н/мм², поэтому полученное по формуле расчетное напряжение не должно быть выше этого допустимого.