Расчет на прочность узлов валкового оборудования.

9. Расчет на прочность узлов валкового оборудования.

Цель работы:

Освоить методику конструктивного расчета валков.

Научиться определять мощность привода.

Освоить методику расчета валков на прочность.

9.1 Ход работы.

9.1.1 Данные для расчета.

Рассчитать вальцы по следующим данным: скорость валков v=

м/мин; объемный вес смеси γ= ; время цикла работы вальцев τ= мин; величина сжатия ∆h= мм; малый угол захвата α= ; коэффициент трения в подшипниках f_тр= .

Расчет размеров валков.

9.1.2 Диаметр валка, мм

Д==

принять по действующим параметрам Д= мм.

9.1.3 Длина бочки; мм

L=(1,6…3,2)Д=

принять L= мм.

9.1.4 Диаметр цапфы, мм

d_ц=(0.65…0.7)Д=

принять d_ц= мм.

9.1.5 Длина соединительной части валка при универсальном шарнирном соединении, мм

С=(0,6…0,7)d_ц=

принять С= мм.

9.1.6 Радиус галтелей; мм

τ₁=(0,06…0,08)d_ц=

τ₂=(0,03…0,05)d_ц=

принять τ₁= ; τ₂=

9.1.7 Внутренний диаметр бочки, мм

Д_вн=(0,55…0,62)Д=

принять Д_вн= мм

Вес валка (приближенно) равен 4400 кгс

Расчет мощности привода.

9.1.8 Распорное усилие; кгс

F_расп=PL=

где Р=500 кгс/см линейное давление при вальцевании, принимаем по данным испытаний.

9.1.9 Момент сопротивления от распорного усилия.

M₁ = F_расп ּ D sin =

9.1.10 Момент сопротивления от силы трения в подшипниках; кгсּсм

М₂=f_тр(F_расп+G_д)d_ц=

9.1.11 Суммарный момент сопротивления; кгсּсм

М=М₁+М₂=

9.1.12 Максимальная мощность привода вальцев, КВт

Число оборотов валков.

n= =

9.1.13 Максимальная мощность привода вальцев.

N==

где η_р= кпд редуктора;

η_з.п= кпд фрикционной пары.

Определение производительности.

9.1.14 Объем загружаемой смеси; л

V=(0,0065…0,0085)ДL=

где Д= см – диаметр валка.

L= см – диаметр рабочей части валка принять V= л.

9.1.15 Производительность вальцев кгс/ч

где η=0.8…0.9 – коэффициент использования машинного времени.

G==

где = 0,8…0,9 – коэффициент использования машинного времени.

Учитывая, что мощность электродвигателя достигает своей максимальной величины только на короткое время, можно установить электродвигатель в 125 КВт при этом удельный расход энергии составит.

N_уд==

соответствует удельному расходу для жесткой протекторной смеси.

Тепловой расчет.

9.1.16 Количество тепла выделяющегося за счет пластической деформации; ккал/ч.

Q₁=860=

9.1.17 Количество тепла, расходуемого на нагрев смеси; ккал/ч.

Q₂=GC(t_k-t_н)=

где С=0,4 ккал/кгс ּ град – удельная теплоемкости смеси.

t_k= ºС конечная температура смеси.

t_н= ºС начальная температура смеси.

9.1.18 Количества тепла, теряющееся при излучении, ккал/ч.

Q₃=α₂ ּ(A₁+A₂)·(t_c-t_в)=

где α₂ = 7,5 ккал/м²ּчּград суммарный коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией.

А₁ и А₂ – площадь боковых поверхностей валков, которые условно могут быть приняты равными соответствующими поверхностями излучения, м²;

А₁+А₂=2πДL=

t_ст=t_k= температура стенки, град

t_в= температура воздуха, град

9.1.19 Количество тепла, которое должно быть отведено водой, кКл/ч

Q=Q₁-Q₂-Q₃=

9.1.20 Необходимое количество охлажденной воды; л/ч

W==

где ∆t=3.5…6 ºС

или , что находиться в пределах нормы.

9.1.21 Скорость воды; м/с

Задаемся числом каналов l= и диаметром d= мм;

ω==

9.1.22 Число Рейнольдса.

R_e==

Средняя температура жидкости ºС температура поверхности валка ºС температура стенки внутри отверстия для охлаждения ºС, температура пограничного слоя ºС, откуда

(G_чР_ч)3·10⁸; N_и= L= ккал/м²ч·град

9.1.23 Средняя разность температур, ºС

∆t_ср=t_{пов.вал} – t_ср.жид=

9.1.24 Необходимо поверхности охлаждения, м²

А_охл==

где KL=1000 ккал/м²·ч·град коэффициент теплопередачи.

9.1.25 Поверхности охлаждения 16 каналов, м²

А=16·πd·L=

что с избытком обеспечит охлаждения.

Расчет валов на прочность.

9.1.26. Расчетная схема валка.

Рисунок 9.1 – расчетная схема валка.

9.1.27 Величина крутящего момента.

М_кр=97400=

где, К=1,5 – коэффициент перегрузки.

n= об/мин – число оборотов валка.

η= 0,9 – К.П.Д. для переднего ( ведомого) валка.

η= 0,96 – К.П.Д. для заднего ( ведущего) валка.

9.1.28 Изгибающий момент при линейном давлении посередине бочки.

М_а= - =

где р=1400 кгс/см – линейное давление.

а= см – расстояние между опорами валка.

в= см – длина бочки валка.

9.1.29 Изгибающий момент в сечении в месте перехода цапфы в бочку.

М_Б = ּ С =

где с= см – расстояние от середины перехода цапфы в бочку.

9.1.30 Момент инерции в сечении посередине бочки.

осевой

J_A^Y=()((1-)⁴) =

полярный

J_A^P=2J_A^у=

в сечении в месте перехода цапфы

J_Б^у=200000 см⁴

9.1.31 Момент сопротивления.

W_А^у= =

W_A^P=2W_A^у=

W_Б^у=8900 см³

W_Б^р=2W_б^у=

9.1.32 Напряжения.

в сечении А-А.

σ_а= =

τ_а= =

в сечении Б-Б

σ_Б= =

τ_Б= =

9.1.33 Запасы прочности по нормальным напряжениям.

Sσ_А= =

Sσ_Б= =

по касательным напряжениям.

Sτ_А= =

Sτ_Б= =

суммарные коэффициенты.

S_А= =

S_Б = =

Следовательно запас прочности сечения А-А и Б-Б обеспечен.

9.2 Вывод:

9.3 Контрольные вопросы.

- Как определить необходимую поверхность охлаждения?

- В чем суть расчета проверочного валков?

- Как определить момент инерции сечения в середине бочки?

- Как определить нормальное напряжение в опасном сечении?

- Как определить нормальное и касательное напряжения с учетом выносливости материала?

- Как определить коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям?

- Как определить суммарный коэффициент запаса прочности?