Складений прокатний валок

Реферат: Складений прокатний валок містить бандаж з кільцевою проточкою, симетричною відносно його торців, посаджений на вісь, на якій, відповідно кільцевій проточці, виконаний кільцевий виступ висотою 0,5…1,0 натягу в з'єднанні осі з бандажем і шириною 0,01…0,1 ширини бандажа, який відрізняється тим, що кільцева проточка і кільцевий виступ виконані з умови утворення на ділянці їхнього сполучення натягу величиною 0,8…0,9 натягу на суміжних ділянках, рівного 0,0009 діаметра посадкової поверхні осі, при цьому на внутрішній поверхні бандажа з боку торців виконані конусні ділянки з кутом конуса 0,6…0,75° і довжиною, що складає 0,025 довжини бандажа, а величина натягу у вершин цих ділянок. UA 111901 U (12) UA 111901 U UA 111901 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до прокатування металу, а саме до конструкції складених валків і може бути використана при виробництві клітей прокатних станів гарячої і холодної прокатування. Відомий складений прокатний валок, що містить бандаж з кільцевою проточкою в середині посадкової поверхні та вісь, у проточці якої встановлено засіб фіксації бандажа від зсуву вздовж осі (див., наприклад, авторське свідоцтво СРСР № 511121, МПК В21В27/02)( аналог). Недоліком аналога є складність збирання, тому що виконання засобу фіксації у вигляді пружинного розрізного кільця ускладнює насадку бандажа. Наявність зазору в повній мірі поліпшує умови збирання, але погіршує умови експлуатації, тому що технологічні навантаження викликають прокручування бандажа відносно осі, що погіршує якість прокатуваного металу. Ці недоліки усунуті в аналогу, у якому, для фіксації бандажа на осі від осьового зсуву, вісь складеного валка виконана з кільцевим виступом (див., наприклад, опис до патенту України на корисну модель № 75963, МПК В21В 27/03). Такий складений валок є найближчим аналогом, по сукупності істотних. Відомий складений прокатний валок і корисна модель, мають наступні подібні ознаки: містять бандаж з кільцевою проточкою симетричною відносно його торців, посаджений на вісь, на якій, відповідно кільцевій проточці, виконаний кільцевий виступ висотою 0,5…1,0 натягу в з'єднанні осі з бандажем, шириною 0,01…0,1 ширини бандажа. Найближчий аналог забезпечує надійну фіксацію бандажа на осі, однак виконання кільцевої проточки на внутрішній поверхні бандажа і кільцевого виступу на осі, коли висота виступу менше глибини проточки, обумовлює зменшення посадкової поверхні на площу кільцевої проточки. Крім того відсутність натягу на місці кільцевої проточки веде до перерозподілу контактного тиску по ширині посадкової поверхні і виникненню на границях проточки підвищених контактних напружень, що сприяє передчасному втомному руйнуванню бандажа. В основу корисної моделі поставлена задача - створити складений прокатний валок з підвищеною довговічністю шляхом оптимізації величин натягу в з'єднанні осі з бандажем і за рахунок технічного результату, що полягає в більш рівномірному розподілі контактних напружень в з'єднуваних елементах валка з одночасним виключенням фретінг-корозії на посадковій поверхні поблизу торців бандажа. Поставлена задача вирішується тим, що в складеному прокатному валку, який містить бандаж з кільцевою проточкою, симетричною відносно його торців, посаджений на вісь, на якій відповідно кільцевій проточці виконаний кільцевий виступ висотою 0,5…1,0 натягу в з'єднанні осі з бандажем і шириною 0,01…0,1 ширини бандажа, згідно з корисною моделлю, кільцева проточка і кільцевий виступ виконані з умови утворення на ділянці їхнього сполучення натягу величиною 0,8…0,9 натягу на суміжних ділянках, рівного 0,0009 діаметра посадкової поверхні осі, при цьому на внутрішній поверхні бандажа з боку торців виконані конусні ділянки з кутом конуса 0,6…0,75° і довжиною, що складає 0,025 довжини бандажа, а величина натягу у вершин цих ділянок визначається з залежності 10P , де т  k ЛEd P - сила прокатування; E - модуль пружності першого роду; d - номінальний діаметр осі валка; k Л - коефіцієнт враховуючий відношення величин розрахункового тиску до тиску по Ляме. За рахунок виконання в складеному прокатному валку кільцевої проточки і кільцевого виступу з умови утворення на ділянці їхнього сполучення натягу величиною 0,8…0,9 натягу на суміжних ділянках, рівного 0,0009 діаметра посадкової поверхні осі, досягається значне зменшення, обумовленого граничним ефектом, росту контактних напружень на границях проточки. Аналогічне виконання на внутрішній поверхні бандажа, з боку торців, конусних ділянок з кутом конуса 0,6…0,75° і довжиною, що складає 0,025 довжини бандажа, зменшує ріст контактних напружень у торців бандажа. Крім того, з'єднання осі з бандажем з натягом, величина якого у вершин зазначених конусних ділянок визначається з залежності  т  10P , k ЛEd запобігає зсуву бандажа відносно осі в процесі роботи, тому що в цьому випадку добуток питомих сил, що виникають у результаті натягу, на коефіцієнт тертя більше максимальної величини дотичних напружень, діючих на бандаж qТ f   z max , що виключає фретінг-корозію на посадковій поверхні осі і бандажа. Корисна модель пояснюється фігурами, на яких зображено: 1 UA 111901 U 5 10 15 20 - фіг. 1 - складений прокатний валок (загальний вид); - фіг. 2 - місце А на фіг. 1 (конусна ділянка поверхні бандажа); - фіг. 3 - епюри дотичних напружень (1) і питомих сил тертя; - фіг. 4 - епюри натягів, тангенційних та еквівалентних напружень. Складений прокатний валок містить вісь 1 (фіг. 1), на яку посаджений бандаж 2 з кільцевою проточкою 3, симетричною відносно його торців. На осі 1 відповідно кільцевій проточці виконаний кільцевий виступ 4 висотою 0,5…1,0 натягу в з'єднанні осі 1 з бандажем 2 і шириною 0,01…0,1 ширини бандажа 2. Відмінністю корисної моделі є те, що кільцева проточка 3 і кільцевий виступ 4 виконані з умови утворення на ділянці їхнього сполучення натягу величиною 0,8…0,9 натягу на суміжних ділянках, рівного 0,0009 діаметра d посадкової поверхні осі. Крім того на внутрішній поверхні бандажа 2 (фіг. 2) з боку торців виконані конусні ділянки з кутом ухилу =0,6…0,75° і довжиною, що складає 0,025 довжини L бандажа, а величина натягу у вершин цих ділянок визначається з залежності 10P , де т  k ЛEd P - сила прокатування; E - модуль пружності першого роду; d - номінальний діаметр осі валка; k Л - коефіцієнт, враховуючий відношення величин розрахункового тиску до тиску по Ляме. Складений прокатний валок працює наступним чином. У процесі прокатування металу в складеному прокатному валку на границі контакту осі 1 з бандажем 2 виникають тангенціальні напруження, величина яких визначається по формулі 25 qr 2 R2  1) , де R2  r r 2 q - розрахунковий тиск на контактній поверхні осі 1 і бандажа 2; R - зовнішній радіус бандажа; r - номінальний радіус посадкової поверхні осі. При цьому величина еквівалентних напружень    екв  q( ( 2 r 2R 2  0,85 ) R2  r 2 Тиск на контактній поверхні осі 1 і бандажа 2 від натягу відповідно до формули Ляме 30 35 40 45 E r2 (1  2 ) 4 R  - діаметральний натяг у з'єднанні; E - модуль пружності першого роду. Тиск на цій поверхні по методу кінцевих елементів q  qлk л . Для визначення працездатності валка при заданій силі прокатування виконали розрахунки з наступними вихідними даними: - діаметр посадкової поверхні бандажа - 1020 мм; - зовнішній діаметр - 1300 мм; - номінальний діаметр профільної осі - 1020 мм (змінюється у межах допуска); - максимальний натяг в з'єднанні бандажа та осі - 0,9 мм; - натяг на кільцевому виступі - 0,8 мм; - висота кільцевого виступу на осі - 0,9 мм; - ширина кільцевого виступу - 40 мм. Розподіл величини натягів від середини до торців бандажа по довжині посадкової поверхні і результати розрахунків основних величин приведено в таблиці, де n - розрахункові ділянки. qл  2 UA 111901 U Таблиця n , MM  qл , МПа kл qp , МПа  , МПа  екв МПа 1 0,8 2 0,8 3 0,9 5…13 0,9 0,54 20 0,305 30,45 30,45 34,59 34,59 34,59 34,59 34,59 33,06 31,18 28,93 27,05 20,29 11,45 1,125 0,88 1,125 4 0,9 1,0 0,9 14 0,9 1,0 10 16 0,88 17 0,83 18 0,77 19 0,72 1,023 1,06 1,069 1,078 1,33 1,77 2,3 34,31 26,8 38,91 34,59 31,13 34,59 35,38 35,04 33,2 31,22 35,98 35,9 26,34 137,2 107,2 156,8 139,4 125,4 139,4 142,5 141,2 133,8 125,7 144,9 144,6 106,1 168,1 131,3 190,7 169,5 152,6 169,5 173,4 171,5 162,7 152,9 176,3 175,9 129,1 З отриманих результатів видно, що екв матеріалу бандажа. Дотичні напруження 5 15 0,9 max  191МПа , що значно менше границі текучості r2 . ) 3r R2 Результати розрахунку дотичних напружень відображені на фіг. 3, на якій видно, що максимальна величина дотичних напружень, діючих на бандаж, не перевищує силу тертя між бандажем і віссю, а отже, виключається зсув бандажа відносно осі. Як видно з опису конструкції і роботи складеного прокатного валка за рахунок відмітних ознак корисної моделі досягається оптимізація величини натягу в з'єднанні осі з бандажем, що забезпечує більш рівномірний розподіл контактних напружень в з'єднуваних елементах валка з одночасним виключенням фретінг-корозії на посадковій поверхні поблизу торців бандажа.  z max  2P (1  2 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Складений прокатний валок, що містить бандаж з кільцевою проточкою, симетричною відносно його торців, посаджений на вісь, на якій, відповідно кільцевій проточці, виконаний кільцевий виступ висотою 0,5…1,0 натягу в з'єднанні осі з бандажем і шириною 0,01…0,1 ширини бандажа, який відрізняється тим, що кільцева проточка і кільцевий виступ виконані з умови утворення на ділянці їхнього сполучення натягу величиною 0,8…0,9 натягу на суміжних ділянках, рівного 0,0009 діаметра посадкової поверхні осі, при цьому на внутрішній поверхні бандажа з боку торців виконані конусні ділянки з кутом конуса 0,6…0,75° і довжиною, що складає 0,025 довжини бандажа, а величина натягу у вершин цих ділянок визначається з залежності 10P , де т  k ЛEd P - сила прокатування; E - модуль пружності першого роду; d - номінальний діаметр осі валка; k Л - коефіцієнт, враховуючий відношення величин розрахункового тиску до тиску по Ляме. 3 UA 111901 U 4 UA 111901 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5