Экспериментальное исследование прочности винтового нажимного устройства рабочей клети стана дуо 160

Цель работы – Познакомиться с конструкцией винтового нажимного устройства стана дуо 160, на основании экспериментальных данных исследовать прочность его деталей.

Краткие теоретические сведения.

Установка валков с подушками (радиальная регулировка) в вертикальной плоскости осуществляется с помощью нажимного устройства. На лабораторном стане дуо 160 для установки верхнего валка применяется нажимное устройство винт-гайка. Нажимные винты получают движение от двух червячных редукторов, расположенных на поперечинах станины. Приводные валы редукторов снабжены маховиками и зубчатой муфтой для синхронного или раздельного вращения нажимных винтов при настройке стана. В клети стана дуо 160 предусмотрены специальные устройства пружинного типа для уравновешивания верхнего рабочего валка с подушками, предназначенные для устранения зазоров в системе «винт-гайка-станина» и гарантированного постоянного поджатия подушек к нажимным винтам.

Схема нагружения винтового нажимного устройства показана на рис.3.1. Нажимной винт при настройке стана вращается в гайке, установленной в поперечине станины рабочей клети.

Рис. 3.1. Расчетная схема винтового нажимного устройства

Нажимной винт

Нажимные винты обычно изготавливают из кованой углеродистой или низколегированной стали с пределом прочности, указанным в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Предел прочности материала нажимных винтов

Марка стали	Предел прочности, МПа
	600 - 650
40Х - 40ХН	750 - 1000
50Х - 50ХН	850 - 1100

Так как во время прокатки на стане дуо 160 межвалковый зазор не меняется то нажимной винт воспринимает реакцию от усилия прокатки на шейку валка R_max.

Напряжение сжатие при этом рассчитывают по формуле

(3.1)

где d₁ - внутренний диаметр резьбы винта.

Далее рассчитывают коэффициент запаса прочности винта

и проверяют выполнение условия прочности:

или , где [n]=5

Нажимная гайка

Гайки к нажимным винтам обычно изготавливают из бронзы, например, марок АЖ9-4 или АЖМц10-3-1.5 с характеристиками прочности, приведенными в табл. 5.2.

Таблица 3.2 Предел прочности материала нажимной гайки

	Предел прочности, МПа
Марка материала	по нормальным напряжениям (смятие, изгиб) σв	по касательным напряжениям (срез) τв
Бр АЖ9-4	400-500	270-300
Бр АЖМц10-3-1.5	500-600	300-360

Гайка находится под действием реакции от усилия прокатки R_max, поэтому тело гайки рассчитывают на смятие по поверхности ее опоры на поперечину станины, а резьбу гайки рассчитывают на изгиб, смятие и срез.

Напряжение смятия на поверхности соприкосновения гайки с поперечиной станины рассчитывают по формуле

(3.2)

где D_г – наружный диаметр гайки;

d_от -диаметр отверстия в поперечине станины для прохода нажимного винта (см. рис. 3.1).

Напряжения в витках резьбы гайки определяются величиной усилия, действующего на один виток ,

;

где m - число витков в гайке, определяемое в зависимости от высоты гайки H_г и шага резьбы S.

Напряжение смятия резьбы гайки рассчитывают по формуле

(3.3)

где d – внутренний диаметр резьбы гайки (обычно принимают равным наружному диаметру винта);

d_1г – наружный диаметр резьбы гайки, который можно определить по приближенной формуле

(см. рисунок 3.1)

Напряжение изгиба в резьбе рассчитывают по формуле:

(3.4)

где В – ширина витка резьбы у основания (см. рис. 3.1)

Напряжение среза в резьбе:

(3.5)

Коэффициенты запаса прочности по нормальным напряжениям рассчитывают по формуле:

,

где σ_i равно σ_см.г, σ_см, σ_из соответственно.

Для касательных напряжений по формуле .

Значения предела прочности по нормальным или касательным напряжениям могут быть приняты по данным таблицы 3.2. затем проверяют условия прочности:

или .

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией винтового нажимного механизма лабораторного стана дуо 160.

2. Провести необходимые для расчетов промеры параметров резьбы в паре винт-гайка и их габаритных размеров.

Для расчетов принять:

d₁ - внутренний диаметр резьбы винта =39 мм

d – наружный диаметр резьбы винта = 44 мм

S – шаг резьбы = 3 мм

D_г - наружный диаметр гайки = 70 мм

d_отв – диаметр отверстия в поперечине станины для прохода нажимного винта = 50 мм

B – ширина витки резьбы у основания = 2,5 мм

3. Провести опытную прокатку 4-х стальных образцов (H₀хB₀хL₀=4х30х150 мм) с обжатиями Δh=0,5; 1; 1,5; 2, с фиксированием величины силы прокатки, приходящейся на каждый нажимной винт по показаниям снятым с мессдоз, установленных под каждым из винтов. Результаты эксперимента занести в таблицу 3.3.

4. Провести расчеты на прочность нажимного винта и гайки по максимальной силе, зафиксированной во время эксперимента.

Выводы по работе

По полученным результатам сделать выводы о выполнении условия прочности нажимных винтов и гаек стана дуо 160.

Таблица 3.3

№ п/п	H0 мм	h1 мм	Δh мм	ε, %	Pперев Кн	Рпривода Кн	Р∑ Кн

Контрольные вопросы

1. Каково назначение нажимного устройства?

2. Какой тип нажимного устройства применяется на стане дуо 160?

3. Каково назначение уравновешивающего устройства?

4. Какой тип уравновешивающего устройства применен на стане дуо 160?

5. Из каких деталей и узлов состоит нажимной механизм на стане дуо 160?

6. С помощью какого устройства синхронизируется работа нажимных винтов?

7. Из какой марки стали изготавливаются нажимные винты?

8. На какое напряжение рассчитывается нажимной винт стана дуо 160?

9. В каких случаях нажимной винт рассчитывается на кручение?

10. Каков коэффициент запаса прочности нажимного винта?

11. Из какого материала изготавливается гайка нажимного механизма?

12. На какие виды напряжений рассчитывается гайка и ее резьба?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4