Предел прочности материала нажимных винтов

Нажимной винт воспринимает реакцию от усилия прокатки на шейку валка , и при настройке межвалкового зазора в процессе прокатки, - крутящий момент , который приложен к приводному концу винта (см. рис. 5.1). Таким образом, в общем случае, нажимной винт подвергается сжатию и кручению.

Крутящий момент, необходимый для привода во вращение винта рассчитывают по формуле:

(5.1)

где d - наружный диаметр резьбы винта; - диаметр пяты винта; - средний диаметр резьбы винта; - коэффициент трения в пяте винта, принимающий значение 0.15¸0.30 в зависимости от типа смазки; a - угол подъема резьбы; j - угол трения в резьбе. Параметр выбирают в зависимости от типа резьбы (обычно упорная) и наружного диаметра винта по ГОСТ. Для ориентировочного расчета этого параметра можно использовать приближенную формулу:

(5.2)

где S - шаг резьбы. Угол подъема резьбы рассчитывают по формуле

. (5.3)

Угол трения в резьбе можно определить по формуле

j= , (5.4)

где - коэффициент трения в резьбе, равный 0.05¸0.15 в зависимости от типа смазки.

Напряжение кручения в винте рассчитывают по формуле

(5.5)

где - внутренний диаметр резьбы винта. В случае, если в процессе прокатки настройку зазора между валками не производят, принимают равным нулю.

Напряжение сжатие рассчитывают по формуле

(5.6)

Суммарные напряжения в винте от совместного действия сжатия и кручения определяют по 4-й теории прочности

(5.7)

Далее рассчитывают коэффициент запаса прочности винта и проверяют выполнение условия прочности (1.2).

ПРИМЕР 5.1. Рассчитать на прочность нажимной винт рабочей клети кварто 2500 стана холодной прокатки, изготовленный из стали марки 40ХН с пределом прочности 1000 МПа. Размеры винта с упорной резьбой по ГОСТ 10177-82 (см. рис. 5.1), м: d=0.56, =0.5392, =0.535, S=0.012, =0.549. Максимальное усилие на винт =17.5 МН.

Примем коэффициент трения в пяте винта =0.2 (густая смазка), а коэффициент трения в резьбе =0.1 (жидкая смазка).

По формулам (5.3) и (5.4) определяем угол подъема резьбы =0.007 рад. и угол трения в резьбе j= =0.0997 рад.

Рассчитываем крутящий момент, необходимый для вращения винта, по формуле (5.1)

1.14 МН×м.

Напряжения кручения в теле винта рассчитаем по формуле (5.5)

=36.4 МПа.

Напряжения сжатия по формуле (5.6)

76.6 МПа.

Суммарные напряжения в винте рассчитываем по формуле (5.7)

99.2 МПа.

Коэффициент запаса прочности составит

10.1.

Условие прочности выполняется, так как расчетное значение коэффициента запаса прочности превышает допустимое.

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 5.2

Предел прочности материала нажимной гайки

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

Гайка находится под действием реакции от усилия прокатки , 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

(5.8)

где -наружный диаметр гайки; -диаметр отверстия в поперечине станины для прохода нажимного винта (см. рис. 5.1).

Напряжения в витках резьбы гайки определяются величиной усилия, действующего на один виток , где m - число витков в гайке, определяемое в зависимости от высоты гайки и шага резьбы S: .

Напряжение смятия резьбы гайки рассчитывают по формуле

(5.9)

где - внутренний диаметр резьбы гайки (обычно принимают равным наружному диаметру винта); - наружный диаметр резьбы гайки, который можно определить по приближенной формуле (см. рис. 5.1).

Напряжение изгиба в резьбе рассчитывают по формуле

(5.10)

где В - ширина витка резьбы у основания (см. рис. 5.1).

Напряжение среза в резьбе

(5.11)

Коэффициенты запаса прочности по нормальным напряжениям рассчитывают по формуле , где , соответственно или , а для касательных напряжений по формуле . Значения предела прочности по нормальным или касательным напряжениям могут быть приняты по данным табл. 5.2. Затем проверяют выполнение условия прочности (1.2).

ПРИМЕР 5.2. Рассчитать на прочность гайку нажимного механизма вертикальной (эджерной) клети широкополосного стана 1700. Размеры гайки с упорной резьбой по ГОСТ 10177-82 (см. рис.5.1), м: =0.29, =0.30, =0.24, =0.20, =0.23, S=0.020, В=0.0125. Материал гайки - Бр. АЖ 9-4Л. Максимальная реакция на винт от усилия прокатки =1.5 МН.

Рассчитываем напряжение смятия на поверхности соприкосновения гайки с поперечиной станины по формуле (5.8)

Определяем количество витков гайки, находящееся в зацеплении и усилие, действующее на виток резьбы МН.

Напряжение смятия резьбы гайки рассчитываем по формуле (5.9)

=9.9 МПа.

Напряжение изгиба в резьбе рассчитываем по формуле (5.10)

=39.8 МПа.

Напряжение среза в резьбе по формуле (5.11)

Рассчитаем коэффициенты запаса прочности при =400 МПа и =270 МПа(см. табл.5.2):

- для поверхности соприкосновения гайки с поперечиной станины

- для резьбы гайки по напряжениям смятия

=40.4;

- для резьбы гайки по напряжениям изгиба

=10.1;

- для резьбы гайки по напряжениям среза

Результаты расчета свидетельствуют, что условия прочности нажимной гайки выполняются, так как коэффициенты запаса прочности превышают допустимое значение.