机架的强度计算和变形计算.docx
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机架的强度计算和变形计算
机架的强度计算和变形计算
摘要:
初定基本尺寸并选择立柱、横梁的截面形状机架基本尺寸,主要是指窗口的大小以及立柱和上下横梁的截面尺寸等。
基本尺寸的确定见表18.2-l,各种截面形状的选择见表18.2-2.机架的强度计算和变形计算1)计算的基本假定①作用在机架上的外力,只考虑轧制力的
初定基本尺寸并选择立柱、横梁的截面形状,机架基本尺寸,主要是指窗口的大小以及立柱和上下横梁的截面尺寸等。
基本尺寸的确定见表18.2-l,各种截面形状的选择见表18.2-2.
机架的强度计算和变形计算
1)计算的基本假定
①作用在机架上的外力,只考虑轧制力的作用,并用两个集中载荷取代作用于上横梁圆环面的均布载荷(见图18.2-1)。
作用在下板粱上的力为均布载荷;
②视机架为一封闭框架,该框架,由依次连接截面各截面形心而形成;
③机架的变形属于平面变形。
2)主要运算符号(参照图18.2-1一图18.2-3及表18.2-3、表18.2-4);
3)机架的强度计算和变形计算 表18.2-3,表18.2-4为机架的静强度计算和变形计算;表18.2-5为机架的疲劳强度计算;表18.2-6为图解机架任意截面的夸矩。
对于结构形状复杂的机架可用图解法。
4)计算实例 图18.2-4为1200x550/1100四辊热轧机机架结构图。
要求对该机架进行刚、强度校核。
机架材料为ZG270-500钢,轧机的最大轧为16000kN,每片机架上的作用力为8000kN.
解
①绘制机架计算简圈
第一步,将机架简化为封闭框架。
由于该机架形状较规整.故只取5个截面,它们是:
上、下横梁的中间截面,立柱的中间截面.上、下橄梁与立住交接处。
而后分别求其形心位置和惯性矩。
根据所求得的数据及机架的结构尺寸使可作用机架的封闭框架图,如图18.2一5所示.
第二步.确定各段的惯性矩及上、下.粱上载荷。
②机架的静强度校核
a)按表18.2一3中的计算公式求得各截面上的最大应力(见表18.2-7)。
由表18.2一7可知,求得的各截面上最大应力均小于许用应力,故机架静强度满足要求。
b)以轧辊在断裂时机架不产生塑性变形为条件计算机架的许用应力(σ〕’.
由于上式求得的(σ〕’值大于机架的最大应力。
故轧辊在断裂时,机架无损伤。
③机架的疲劳强度计算按表18.2-8中公式.
计算各截面的疲劳安全系数,并列于表18.2一9中,由于表中的s值大于许用安全系数(S)=1.5一2,故机架疲劳强度满足要求。
④挠度计算 利用表18.2-4中的公式计算机架的挠度,并列于表18.2一9中。
从表中可知,机架在垂直方向的挠度
=0.0004841m.水平方向的挠度
=0.00039m。
对于大中型四辊热轧机,机架在垂直方向的总挠度应不大于0.0005-0.001m。
故机架满足刚度要求。
由于轧机中滑板与支承辊轴承座宽度之间的最小间凉为0.00057m.大于机架的水平挠度
=0.00039m.从而可满足轴承座沿窗口自由移动的使用耍求。
5)机架的应力分析 用有限元法计算280x100/300四辊冷轧机机架所得应力分布及变形情况。
假定:
①机架只承受垂直方向的轧制力.而水平外力被忽略。
②机架几何形状及外载均前后对称,且无垂直于此对称面的外力,故计算时按平面间题来处理。
用有限元mit算所得机架的应力分布图,如图18.2-6一图18.2-9所示。
从图中得知:
①上横梁中间截面内缘上有较大的沿x轴方向的压应力(
=-284xIO'Pa)。
其值 向两边逐渐减小。
②上横梁内、外缘
分别是下横梁对应点
的1.55和1.68倍。
上、下横梁的内、外缘的
值按曲线规律变化。
③立柱受力状态接近于单向拉伸。
④根据上横梁中间截面的应力分布,可确定压下螺母支承面的位里(尽可能布置在压应力区)。
⑤从图18.2-7、图18.2-8中可知.横梁与立柱交接处和下横梁带孔部位有较大的应力集中,从而使应力达到较高值。
如在上、下横梁与立柱交接处最大应力分别达到410x10'Pa和320x10'Ps.而在直径¢40mm圆孔A,B两点拉应力达到290x10'Pa.
机架的变形:
当以机架中性线ABCD(见图18.2-6)为基准时.计算所得机架在垂宜方向的总变形是0.0001058.,其中立柱的垂直变形为0.0000448..上、下横梁的垂直变形为0.00006Im.
表18.2-3中.按曲梁计算.上、下横梁与立柱的交接处最大应力值分别为430x10'Pa及328x10'P.,与有限元法什算结果很接近。
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