Расчет валков на усталостную прочность

Прокатные валки в процессе вращения испытывают длительное воздействие знакопеременных нагрузок. Если циклические напряжения, возникающие в валке от этих нагрузок, превышают определенный уровень, то в материале валков через определенное число циклов начинают появляться микротрещины, которые, постепенно развиваясь, вызывают в итоге быстро протекающее разрушение, которое называют усталостным.

В большинстве случаев величина циклических напряжений, при которых возникает усталостное разрушение, значительно меньше предела прочности материала валка. Поэтому, помимо расчета валков на статическую прочность, необходимо производить расчет их на циклическую прочность или выносливость,особенно в тех случаях, когда коэффициент запаса статической прочности ниже допустимого [n]=5.

Расчеты валков на выносливость обычно проводят после расчетов на статическую прочность, используя в качестве исходных данных найденные максимальные статические напряжения изгиба расчет валков на усталостную прочность - student2.ru и кручения расчет валков на усталостную прочность - student2.ru (см. разд. 2). При этом определяют коэффициент запаса усталостной прочности расчет валков на усталостную прочность - student2.ru (или запас выносливости) при одновременном действии нормальных и касательных напряжений.

Для стальных валков этот коэффициент рассчитывают по формуле

расчет валков на усталостную прочность - student2.ru (3.1)

где расчет валков на усталостную прочность - student2.ru -запас выносливости по нормальным напряжениям; расчет валков на усталостную прочность - student2.ru запас выносливости по касательным напряжениям.

Коэффициенты расчет валков на усталостную прочность - student2.ru и расчет валков на усталостную прочность - student2.ru с достаточной точностью можно определить по упрощенным формулам [1]:

расчет валков на усталостную прочность - student2.ru (3.2)

расчет валков на усталостную прочность - student2.ru (3.3)

где расчет валков на усталостную прочность - student2.ru и расчет валков на усталостную прочность - student2.ru - масштабные факторы, учитывающие влияние размеров валка при изгибе и кручении соответственно; расчет валков на усталостную прочность - student2.ru и расчет валков на усталостную прочность - student2.ru - коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении в месте перехода шейки валка в бочку (т.е. в галтели).

Значения коэффициентов для стальных валков:

для бочки валка расчет валков на усталостную прочность - student2.ru расчет валков на усталостную прочность - student2.ru

для шейки валка расчет валков на усталостную прочность - student2.ru расчет валков на усталостную прочность - student2.ru

для трефа валка расчет валков на усталостную прочность - student2.ru расчет валков на усталостную прочность - student2.ru

При расчете запаса выносливости для чугунных валков в формулу (3.1) вводят коэффициент расчет валков на усталостную прочность - student2.ru =0.85¸1.0:

расчет валков на усталостную прочность - student2.ru (3.4)

а коэффициенты концентрации принимают расчет валков на усталостную прочность - student2.ru Масштабные факторы принимают такими же, как для стальных валков.

Полученный коэффициент запаса прочности nу, сравнивают с допустимым [nу], равным 2¸3, т.е. расчет валков на усталостную прочность - student2.ru .

ПРИМЕР 3.1. Проверить на усталостную прочность рабочий валок проволочного стана с исходными данными из ПРИМЕРА. 2.3.В результате расчета этого валка на статическую прочность установлено, что максимальные статические напряжения получаются в шейке валка и составляют расчет валков на усталостную прочность - student2.ru = 248.6 МПа и расчет валков на усталостную прочность - student2.ru = 32.9 МПа.

Поскольку валок изготовлен из чугуна, то следует принять расчет валков на усталостную прочность - student2.ru 1 и расчет валков на усталостную прочность - student2.ru 0.6. Тогда коэффициенты запаса усталостной прочности составят:

- по нормальным напряжениям по формуле (3.2)

расчет валков на усталостную прочность - student2.ru

- по касательным напряжениям по формуле (3.3)

расчет валков на усталостную прочность - student2.ru

- при совместном действии изгиба и кручения по формуле (3.4)

расчет валков на усталостную прочность - student2.ru

По результатам расчета можно сделать вывод, что шейка валка не удовлетворяет условию усталостной прочности, так как расчет валков на усталостную прочность - student2.ru =2¸3.

Методика более точного расчета валков на усталостную прочность изложена в работах [10 ] и [12].

Наши рекомендации