OAP_лаб_раб2ч

Максимальный изгибающий момент Mmax определяется путем сравнения MизгI с

MизгII и приравнивается к большему из них.

Напряжения, возникающие в вале привода, будут определяться по следующим зависимостям:

σ изг	=	Mmax	;	σ сж	=	4Poc	;	τ =	M	.	(2.8)
		0.1d3в				π dв2			0.2d3в
где σ изг, σ сж, τ – напряжения изгиба, сжатия-растяжения и кручения,											соответственно,

Н/ мм2 .

И, наконец, условие прочности, которому должен удовлетворять вал, будет выглядеть следующим образом:

σ экв = (σ изг + σ сж )2 + 3τ 2 ≤ [σ ] .

(2.9)

Блок-схема алгоритма автоматизированного проектирования валов и осей приводов прокатных станов аналогична блок-схеме, представленной на рис. 1.2. Отличие будет состоять только лишь в том, что вместо базы данных по резьбовым соединениям здесь используется база данных типоразмеров валов и осей.

2.2 Порядок выполнения работы

1Включить ЭВМ, набрать имя пользователя и пароль, загрузить операционную систему.

2Запустить программную оболочку.

3Набрать и отладить программу по автоматизированному проектированию валов и осей приводов прокатных станов.

4Запустить программу на выполнение, введя при этом следующие исходные данные:

Q=5+5n, кН·м; d2 = 300 мм; D1 = 500 мм; a = 500 +10n, мм; b = a / 2 ; c = 0.8a ;

[σ ] = 360 H / мм2 , где n – порядковый номер студента в журнале преподавателя.

5Записать полученные результаты.

6Составить отчет о выполненной работе.

2.3 Содержание отчета

1Наименование и цель работы.

2Краткие теоретические сведения и математическое обеспечение.

11

3Текст программы.

4Результаты расчета.

2.4 Контрольные вопросы

1Какие силы действуют в зубчатом зацеплении, как их определить?

2Каким образом определяется суммарный изгибающий момент?

3Поясните процедуру нахождения оптимального диаметра вала.

4Дайте определение условия прочности.

5Какими факторами регламентируется коэффициент запаса прочности детали?

3 Лабораторная работа № 10 Автоматизированный расчёт и проектирование валковых узлов типа «дуо»

Цель работы: приобретение практических навыков по автоматизированному расчету и проектированию двухвалковых узлов прокатных станов.

3.1 Математическое обеспечение

Рабочие и опорные валки являются основным деформирующим инструментом при реализации процессов прокатки. Поэтому выбор оптимальных геометрических параметров и компоновки валкового узла является важнейшим этапом при проектировании как прокатных станов, так и технологических режимов. Основным параметром прокатных валков является их диаметр. Его выбор осуществляется по условию захвата с точки зрения нижней оценки и условию выкатываемости с точки зрения верхней оценки.

Из условия выкатываемости [2] максимальное значение диаметра рабочего валка будет равно:

	Dр.в. max =	h1 min	,	(3.1)
		1.54 C(2Kc − σ cp )f

где h1 min – минимальное значение толщины прокатываемого материала (берется из пас-

портных характеристик стана), мм;

	1		− ν 2
C = 8			в	– упругая постоянная материала рабочих валков, мм2 / H ;
		π Eв
			12

2Kc – удвоенный коэффициент сопротивления сдвигу прокатываемого материала,

Н/ мм2 ;

σcp – среднее значение напряжений переднего и заднего натяжения, Н/ мм2 ;

f – коэффициент трения при прокатке;

ν в –коэффициент Пуассона для материала рабочего валка (для стали ν в = 0.3 );

Eв – модуль упругости для материала рабочего валка (для стали

Eв = 2.1 105 Н/ мм2 ).

Минимальный диаметр рабочего валка определяется из условия захвата металла вал-

ками [3]:
			tg α 0 ≤	fз ,				(3.2)
где α	0	– угол захвата металла валками, который определяется как
					∆ h
		α		−			;	(3.3)
			0 = arccos 1
					Dр.в.min
fз		– коэффициент трения при захвате металла валками;
∆	h – абсолютное обжатие, мм;

Dр.в.min – минимальное значение диаметра рабочего валка, мм.

При проектировании диаметра рабочих валков, помимо условия выкатываемости и условия захвата при схеме «дуо», рабочий валок должен также удовлетворять условиям статической и циклической прочности [3] (данные условия рассмотрены в курсе МОЗ и РиКПС).

Укрупненная блок-схема автоматизированного проектирования рабочих валков схемы «дуо» представлена на рис. 3.1.

13

Исход.

Dр.в.min

Авт. расчет

начало

данные

D= Dр.в.min

тех. процесса

Нет

nσ >[nσ ]

nσ

,

Pпр

D

р.в.max

σ экв

Mпр

σ экв<[σ ]

Да

D

D

≤

Да

D, D

, n

D = D+AD

min≤

р.вmin

σ

конец

≤

D

max

D

р.в.max

, σ

экв

,

р.в.max

Нет

Переход к более

сложному конструк-

тивному исполнению

Рисунок 3.1 – Блок-схема автоматизированного проектирования двухвалковых узлов прокатного стана

3.2 Порядок выполнения работы

1Включить ЭВМ, набрать имя пользователя и пароль, загрузить операционную систему.

2Запустить программную оболочку.

3Набрать и отладить программу по автоматизированному проектированию двухвалковых узлов прокатного стана.

4Запустить программу на выполнение, введя при этом исходные данные, представленные в таблице 3.1.

5Записать полученные результаты.

6Составить отчет о выполненной работе.

Таблица 3.1 – Исходные данные для проектирования рабочих валков

Параметр	Обозначение,	Значение
	ед. изм.
Конечная толщина	h1 min , мм	1+0.1n
Относительное обжатие	ε	0.30
	14

	Ширина полосы	b, мм		400
	Расстояние между опорами	L, мм		800
	Коэффициент трения при захвате	fз		0.12
	Натяжение			отсутствует
	Механические свойства прокатывае-	a0 , H / мм2		397.9
	мого материала	a1, H / мм2		1913.9
		a2 , H / мм2		-2165.4
				1057.8
		a3, H / мм2
	Предел прочности материала валка	σ в, Н/ мм2		900
	Коэффициент концентрации напря-	K	σ Д	5.1
	жений

3.3 Содержание отчета

1Наименование и цель работы.

2Краткие теоретические сведения и математическое обеспечение.

3Текст программы.

4Результаты расчета.

3.4Контрольные вопросы

1Какими критериями задается максимальное и минимальное значение радиуса рабочего валка?

2Какие напряжения действуют в рабочем валке при прокатке? Как их определить?

3Как определяются эквивалентные напряжения в рабочем валке?

4Каким образом осуществляется расчёт рабочих валков на циклическую прочность?

5Как определяется модуль упругости узла рабочих валков?

6Каким образом учитывается упругая деформация рабочей клети в условии захвата металла валками?

7Какие мероприятия предусмотрены при проектировании узла рабочих валков, если не выполняется ни условие выкатываемости, ни условие захвата?

15

4 Лабораторная работа № 11 Автоматизированный расчёт и проектирование валковых узлов типа «кварто»

Цель работы: приобретение практических навыков по автоматизированному расчету и проектированию четырехвалковых узлов прокатных станов.

4.1 Математическое обеспечение

Основными конструктивными параметрами валковых узлов прокатных станов явля-

ются их компоновка, диаметры рабочих и опорных валков dр и Dоп , их длина Lb , шеро-

ховатость поверхности и профилировка. Весьма немаловажными в этом случае являются и показатели точности изготовления и монтажа элементов валкового узла. Касаясь выбора диаметров опорных валков при использовании четырехвалковой компоновки, получившей наибольшее распространение как на станах горячей, так и на станах холодной прокатки, необходимо отметить, что основным критерием в этом случае, согласно рекомендациям работ [3, 4], является обеспечение равномерных распределений межвалковых погонных нагрузок qм . С точки зрения технико-экономических показателей проектируемого обору-

дования выполнение указанного выше условия соответствует достижению минимального уровня контактных напряжений, улучшает условия регулирования профиля и формы прокатываемой полосы, а также способствует повышению стойкости рабочих и опорных валков.

Количественно алгоритм определения текущего значения qм(x), предполагающий возможность наличия противоизгиба рабочих валков силами Qп , можно представить в виде совокупности аналитических описаний, полученных В.П. Полухиным на основе обобщения широкого спектра результатов теоретических и экспериментальных исследований:

		qм(x)= a0 + 4a2 (x − LB 2)2						L2B ;			(4.1)
a0 = [(8252 − 34α )qм.cp −1344B0α ] (13440 + 29α );											(4.2)
a2	= 3(qм.cp − a0 ); qм.cp				= (P + 2Qп )			L ; qп = P b ;			(4.3)
Bоп =	qп	(β 5к − β 5н)−	qп	(β к	− β н)−	qп	(0.5 − β н)4 +		QпaQ	;	(4.4)
	120
		96			24				48L2р
					16

β н = lн Lоп ; β к = lк

Lр ;

(4.5)

2

E

Lр

dp

2

1− ν р

оп

α

=

−

2

1

Eр

3260

Dоп

− 38.5

− ν оп

Dоп

,

(4.6)

L

р

d

p

L

р

5330

−

Dоп

−127

+

2300

Dоп

−183

Dоп

где ν р , Eр , ν оп , Eоп

– коэффициенты Пуассона и модули упругости материалов рабочих

и опорных валков, соответственно;

lн , Lр , aQ – конструктивные параметры валковой системы (рис. 4.1);

LB , L , lк , qп , b , β к , β н , Lоп , qм.ср

Следует отметить, что структура зависимостей (4.1)–(4.8) позволяет непосредственно

определить соотношение диаметров рабочих и опорных валков dP								Dоп ,	обеспечивающее
условие		постоянства межвалковых погонных нагрузок,					т.е.	следующее условие:
qм(x)= const . В этом случае, согласно формулам (4.1) и (4.3),								a2 = 0	и a0 = qм.cp , с
учетом чего из выражения (4.2) следует:
		α			qм (x )=const = −	5188(1+ 2ZQ )
						63(1+ 2ZQ )+13440LрBоп	(bqп)	,	(4.7)
где ZQ = Qп P – относительный показатель силы противоизгиба;
	Bоп	– ширина…

17

	lK
lH	b	qï =P/b
Qp		Qp
	qM
	L	aQ
Рисунок 4.1. – Расчетная схема валковой системы «кварто»

Подставив выражение (4.7) в условие (4.6) и решив полученное квадратное уравнение относительно соотношения диаметров рабочих и опорных валков, обеспечивающего посто-

янство погонной межвалковой нагрузки qм.cp (x) , получим [5]:
d		D	оп qм (x )=const	= Z −	Z2	− 4Z		Z		(2Z		),	(4.8)
	P			1	1		2		3		2

где показатели Z1 , Z2 , Z3 , используемые для упрощения формы записи, определяются как:

Z1 = 5330Lр Dоп −127 ; Z2 = 3260Lр Dоп − 38.5 ;

Z3

=

2300

Lр

−183 +

(1− ν оп2

)

Eр

5188(1+ 2ZQ )

;

Dоп

(1− ν р2 )

Eоп [63(1+ 2ZQ )+13440Z4Lр b]

Z4

=

Bоп

=

1

(β 5к − β

5н)−

1

(β к − β н)−

1

(0.5 − β н)4 +

ZQbaQ

.

120

24

qп

96

48L2p

Укрупненная блок-схема алгоритма автоматизированного проектирования диаметра бочки опорного валка схемы «кварто» представлена на рис. 4.2.

18

		Исход.	Z1, Z2,	dр (4.8)
	начало	данные	Z3, Z4
	Нет	nσ ,	Pпр	Авт. расчет
	nσ >[nσ ]
	σ экв<[σ ]	σ экв	Mпр	тех. процесса
	Да
	Dоп=Dоп+As	q(x), dр,σ экв		конец

Рисунок 4.2 – Укрупненная блок-схема алгоритма автоматизированного проектирования опорных валков системы «кварто»

4.2 Порядок выполнения работы

1Включить ЭВМ, набрать имя пользователя и пароль, загрузить операционную систему.

2Запустить программную оболочку.

3Набрать и отладить программу по автоматизированному проектированию опорных валков системы «кварто».

4Запустить программу на выполнение, введя при этом следующие исходные данные:

Dоп = 250 + 10n , мм; Lp = Lоп = 300 + 10n , мм; b = 0.8Lp , мм; Qп = 0.2P ; aQ = L / 5 , где n – порядковый номер студента в журнале преподавателя. Недостающие

исходные данные взять из таблицы 3.1.

5Записать полученные результаты.

6Составить отчет о выполненной работе.

4.3 Содержание отчета

1Наименование и цель работы.

2Краткие теоретические сведения и математическое обеспечение.

3Текст программы.

4Результаты расчета.

19

4.4Контрольные вопросы

1Назовите основной критерий, определяющий оптимальное соотношение диаметров рабочих и опорных валков.

2На какие напряжения рассчитываются рабочий и опорный валки при схеме «кварто»?

3Опишите процедуру нахождения оптимального соотношения диаметров рабочих и опорных валков.

4Назовите все условия, регламентирующие геометрические параметры опорного валка.

5 Лабораторная работа № 12 Автоматизированное проектирование нажимных механизмов электромеханического типа

Цель работы: приобретение практических навыков по автоматизированному расчету и проектированию электромеханических нажимных механизмов.

5.1 Математическое обеспечение

Основными конструктивными элементами электромеханического нажимного устройства являются нажимной винт и гайка.

Нажимной винт рассчитывается на сжатие и кручение нижней его части. Напряжения сжатия при этом равны:

	σ сж = 4Y (π dв2. вн ),	(5.1)
где Y – осевая сила, действующая на винт (при расчете на прочность осевая сила равна
силе прокатки), Н;
dв. вн – внутренний диаметр резьбы нажимного винта, мм.
В нижней части нажимного винта будет действовать момент, равный
	Mп = Y(dп 3µп),	(5.2)
где dп	– диаметр подпятника, мм;
µп	– коэффициент трения в подпятнике.
Данный момент будет вызывать напряжения кручения:
	τ = Mп (0.2dв2. вн ).	(5.3)
	20