Редуктор главной линии прокатной клети мелкосортного стана

Содержание

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1.ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ РЕДУКТОРОВ ГЛАВНЫХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ ПРОКАТНЫХ КЛЕТЕЙ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ВАЛКОВ

4. АНАЛИЗ ПРАКТИКИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРНЫХ КОРПУСНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МАШИН НА ЗАВОДАХ ТЯЖЁЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

6.ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ РЕДУКТОР

6.1РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕДУКТОРА

6.2 РАСЧЁТ СИЛ В ЗАЦЕПЛЕНИИ

6.3 РАСЧЁТ РЕАКЦИЙ ОПОР ВАЛОВ

6.3РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЙ В КОРПУСЕ РЕДУКТОРА

6.4РАСЧЁТ ПРОЧНОСТИКРЕПЁЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

6.5 РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ ВАЛА

7. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ОПТИМИЗАЦИИ МАШИНЫ

8.ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ МОДЕРНИЗИРУЕМОЙ МАШИНЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Введение

В истории конструкций металлургических машин возможны варианты:

конструкция механизма остаётся неизменной на протяжении длительного периода времени, а последующие варианты являются развитием основного конструкторского решения;

на протяжении длительного периода отмечается многовариантность конструкций механизмов, которые выполняют одинаковую технологическую операцию.

Первый вариант является признаком достижения необходимого уровня эксплуатационной надёжности. Второй вариант указывает на поиск оптимальной или рациональной конструкции при проектировании. Исходными предпосылками для изменения конструкции становятся за- фиксированные отказы и установленные их причины. В этой связи можно вспомнить неизменность конструкций скиповых подъёмников и многообразие конструкторских решений механизма поворота свода электродуговой печи. Но существует и третий вариант – когда конструкторское решение, оставаясь принципиально неизменным, используется при проектировании механического оборудования металлургических предприятий на протяжении длительного времени. При этом отмечаются различия в конструкции отдельных узлов и общей компоновке механизмов. К таким решениям относятся комбинированные редукторы привода прокатных клетей.

Комплекс машин и механизмов прокатного стана включает в себя различные специальные редукторы, используемые как в главных приводах, так и во вспомогательном оборудовании. Традиционная схема привода любого прокатного стана включает в себя главный редуктор, который обеспечивает необходимое передаточное число между электродвигателем и рабочей клетью, и шестеренную клеть, предназначенную для распределения передаваемого момента между валками рабочей клети. Для соединения шестеренной и рабочей клетей используются универсальные или зубчатые шпиндели, обеспечивающие возможность работы привода при изменении расстояния между рабочими валками после каждой их переточки.

Одним из направлений совершенствования рабочих линий стана является совмещение главного редуктора с шестеренной клетью и другими механизмами, что позволяет уменьшить производственные площади, снизить трудоемкость и себестоимость создаваемого объекта.

Таким образом проектирование и расчёт комбинированного редуктора являются одними из наиболее важных вопросов, которым нужно уделить достаточное количество времени и как можно точнее подойти к расчётам, так как непосредственно от самого редуктора зависит усилие прокатки, которое является одним из основных параметров прокатного стана.

Одной из основных частей редуктора прокатной клети, которая требует тщательного расчёта, является его корпус. В современном машиностроении наряду с литыми применяют и сварные корпусные детали. Сварные конструкции преимущественно применяются в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Сварные станины обычно имеют меньший вес по сравнению с литыми, так как благодаря высокому модулю упругости стали по сравнению с чугуном одинаковая жесткость может быть получена при меньшем сечении стенок. При малой толщине листов, из которых изготовляется сварная деталь (3—6 мм), необходимая жесткость достигается за счет ввариваемых перегородок и ребер. Поэтому трудоемкость изготовления сварных деталей из тонких листов выше.

Расчёт сварного корпуса в машиностроении принято производить приблизительно, пренебрегая множеством параметров, компенсируя все допущения большим запасом прочности. Современные вычислительные методы подходят к расчётам с другой стороны: с помошью вычислительных программ можно посчитать напряжения в каждой точке проектируемого тела, не затрачивая много времени и не пренебрегая различными параметрами. Это стало доступно, после того как разработали МКЭ (метод конечных элементов). Идея этого метода в его названии. Область, в которой ищется решение дифференциальных уравнений, разбивается на конечное количество подобластей (элементов). В каждом из элементов произвольно выбирается вид аппроксимирующей функции. В простейшем случае это полином первой степени. Вне своего элемента аппроксимирующая функция равна нулю. Значения функций на границах элементов (в узлах) являются решением задачи и заранее неизвестны. Коэффициенты аппроксимирующих функций обычно ищутся из условия равенства значения соседних функций на границах между элементами (в узлах). Затем эти коэффициенты выражаются через значения функций в узлах элементов. Составляется система линейных алгебраических уравнений. Количество уравнений равно количеству неизвестных значений в узлах, на которых ищется решение исходной системы, прямо пропорционально количеству элементов и ограничивается только возможностями ЭВМ. Так как каждый из элементов связан с ограниченным количеством соседних, система линейных алгебраических уравнений имеет разрежённый вид, что существенно упрощает её решение.

Если говорить в матричных терминах, то собираются так называемые матрицы жёсткости (или матрица Дирихле) и масс. Далее на эти матрицы накладываются граничные условия (например, при условиях Неймана в матрицах не меняется ничего, а при условиях Дирихле из матриц вычёркиваются строки и столбцы, соответствующие граничным узлам, так как в силу краевых условий значение соответствующих компонент решения известно). Затем собирается система линейных уравнений и решается одним из известных методов.

С точки зрения вычислительной математики, идея метода конечных элементов заключается в том, что минимизация функционала вариационной задачи осуществляется на совокупности функций, каждая из которых определена на своей подобласти, для численного анализа системы позволяет рассматривать его как одну из конкретных ветвей диакоптики — общего метода исследования систем путём их расчленения.

4. анализ практики применения сварных корпусных изделий при изготовлении машин на заводах тяжёлого машиностроения

Чаще всего корпусные детали выполняются литыми из отливок серого чугуна марок СЧ 2140 и СЧ 1532 или модифицированного чугуна.. Для изготовления литой детали нужно предварительно сделать модель, стержневые ящики и литейную оснастку. Это связано с дополнительными затратами и значительным удлинением сроков выпуска машин.

Заготовки для корпусных деталей иногда делаются в единичном производстве сварными из листовой стали или сварнолитыми, они имеют меньший вес, а в некоторых случаях и меньшую стоимость по сравнению с литыми[2].

Наряду со штампосварными заготовками применяют также и сварнолитые. Особенно это имеет распространение при изготовлении заготовок для ряда корпусных деталей, отличающихся большим разнообразием конструктивных форм, размеров, массы и материалов. Заготовку делят на ряд простейших частей, получаемых литьем, а затем соединяют их сваркой, образуя сварнолитую заготовку детали. Так изготовляют, например, траверсы прессов, статоры турбин, станины станков и др. Этот вид заготовок резко снижает трудоемкость изготовления и металлоемкость изделия. Наряду с литыми в станкостроении применяют и сварные корпусные детали. Сварные конструкции преимущественно применяются в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Сварные станины обычно имеют меньший вес по сравнению с литыми, так как благодаря высокому модулю упругости стали по сравнению с чугуном одинаковая жесткость может быть получена при меньшем сечении стенок. При малой толщине листов, из которых изготовляется сварная деталь (3—6 мм), необходимая жесткость достигается за счет ввариваемых перегородок и ребер. Поэтому трудоемкость изготовления сварных деталей из тонких листов выше[6].

Сильно нагруженные корпусные детали специальных машин, подлежащих выпуску в единичных экземплярах, следует изготовлять сварными, а детали, несущие умеренную нагрузку и подлежащие выпуску в значительных количествах, литыми. При большом выпуске стоимость однажды изготовленных моделей, приходящаяся на одну деталь, оказывается незначительной. При небольшой нагрузке высокие механические качества стали не будут полностью использованы[3].

Вопрос о предпочтительности сварной или литой конструкции корпусной детали проектируемой машины решается на основании учёта всей совокупности технических и экономических показателей обоих вариантов, а также возможностей литейного и сварочного цеха того завода, на котором будет изготавливаться машина. Для умеренно нагруженных корпусных деталей, особенно при изготовлении их в крупносерийном и массовом производстве, преимущество на стороне литого чугунного варианта. Сварные конструкции в машиностроении применяют для крупных, но простых по конфигурации сильно нагруженных корпусных деталей, образованных сочетанием простейших геометрических поверхностей.

Преимущества сварных конструкций перед литыми:

механические качества стали выше, чем у обычного чугуна, при одинаковых нагрузках, запасах прочности и жесткости вес сварной стальной детали меньше, чем чугунной.

при одинаковой нагрузке и одинаковых размерах стальных и чугунных элементов отношение коэффициента запаса прочности для чугуна к запасу прочности для стали равно отношению соответствующих пределов прочности.

сварную деталь, в случае необходимости, легко исправить — дополнительно усилить, увеличить ее жесткость, изменить форму и размеры. В литой детали сделать такие исправления значительно труднее. Возможность исправлений и переделок является ценным достоинством сварных деталей для опытных образцов машин.

Литые конструкции также имеют преимущество перед сварными:

При работе на сжатие сравнение в отношении веса — в пользу чугуна, если не пользоваться для изготовления соответствующего элемента термически обработанной сталью лучшего качества, чем Ст. 3 или Ст. 5.

Фактически экономия в расходе металла при замене чугунной детали стальной сильно зависит от конструктивного оформления обоих вариантов.

Сопоставляя достоинства и недостатки обоих вариантов, можно наметить области их рационального применения следующим образом:

Сильно нагруженные корпусные детали специальных машин, подлежащих выпуску в единичных экземплярах, следует изготовлять сварными, а детали, несущие умеренную нагрузку и подлежащие выпуску в значительных количествах, литыми. При большом выпуске стоимость однажды изготовленных моделей, приходящаяся на одну деталь, оказывается незначительной. При небольшой нагрузке высокие механические качества стали не будут полностью использованы[5].

В особо ответственных случаях выбор того или иного варианта конструкции определяется сравнительным технико-экономическим расчетом. При этом принимаются во внимание заданные сроки выпуска машин, производственные возможности заводаизготовителя, возможность кооперирования и другие условия.

Переходя от общего к частному, рассмотрим практику применения корпусных деталей редукторов.

Корпус редуктора является его базовой деталью, габаритные размеры которой определяются видом передаточных механизмов, составляющих редуктор; числом, размерами и относительным расположением деталей этих механизмов во внутренней полости корпуса; принятой системой смазывания зацеплений зубчатых колес редуктора и его подшипниковых узлов.

Корпуса редукторов имеют коробчатую конструкцию, как правило, довольно сложной конфигурации. Основными критериями надежности корпусных деталей являются прочность, жесткость, износостойкость и долговечность. В большинстве случаев корпусные детали имеют сложную конфигурацию с множеством усиливающих элементов (ребер, бобышек и т. п.). Это значительно усложняет расчеты на прочность и жесткость. Детально они изучаются в специальных курсах. Расчеты ведутся методами сопротивления материалов, теории упругости, в ответственных случаях прочность и жесткость определяются экспериментально.

Сварные корпусные детали экономически более выгодны при единичном или мелкосерийном производстве, когда, не оправдываются затраты на изготовление оснастки (кокилей, стержней и т.д.) или не освоено литье на предприятии. Детали изготовляют из сортового проката или в комбинации со штампованными, коваными, литыми элементами. Причем материал последних должен обладать хорошей свариваемостью (низкоуглеродистые стали, некоторые легированные стали), иначе сильно усложняется технологический процесс сварки. Проектируя сварное изделие, необходимо учитывать появление сварочных деформаций, как в отдельных частях, так и во всем изделии. Поэтому ответственные детали приходится отжигать или подвергать длительному «вылеживанию» (старению).

Следует ограничиваться минимальным числом типоэлементов, максимально использовать гнутые и штампованные элементы, контуры элементов желательно ограничивать прямыми линиями; ребра, косынки не должны иметь острых углов, так как в этой зоне при сварке не обеспечивается полноценность шва. Форма свариваемых элементов и их взаимное расположение не должны затруднять сварку.

Предложения по оптимизации машины

Одной из базовых деталей комбинированного редуктора прокатной клети является корпус, основной задачей которого является не допустить перекосы валов, а значит главные его параметры это жесткость и прочность. Увеличить эти показатели, можно путём увеличения толщины стенок и дополнительных ребёр жесткости. Также в конструкции достаточно много элементов, которые возможно унифицировать и стандартизировать, что значительно упростит и удешевит изготовление данной машины.

Унифицированные элементы: крышки валов (на каждый вал по две);

Стандартизированные элементы:

болты (из 10 вариантов резьбы оставляем 4: М12, М24, М36, М48);

подшипники (считая, что производство данного редуктора будет в России, то приводим международные элементы конструкции к ГОСТ, тем самым также удешевляя производство);

В конструкции также присутствует сложное уплотнение второго вала, которое более рационально заменено на крышку, которая через прокладку прижимает втулку и тем самым фиксирует подшипник.

Для того, чтобы использовать преимущества каждого элемента конструкции выбираем коническую шестерню с левым направлением зуба, которая вращается против часовой стрелки, тем самым наибольшие радиальные нагрузки воспринимает радиальный подшипник колеса, а осевые нагрузки шестерни воспринимает крышка, закреплённая болтами.

Для достижения равнопрочности на корпусе у рёбер жесткости уменьшина толщина и длина.

Для уменьшения напряжений в шпильках на выходных валах был подобран наиболее оптимальный вариант диаметров в конструкции.

Описание конструкции и принцип работы модернизируемой машины

Редуктор предназначен для передачи мощности от двигателя к приводному валу машины с понижением угловой скорости и увеличением вращающего момента.

Сборочный чертеж состоит из корпуса (30), в котором расположены: вал-шестерня (1) и валы-шестерни(3,5,7,8), на которые соответственно устанавливаются зубчатые колеса(2,4,6). Вал-шестерня (1) и зубчатое колесо(2) имеют косозубое коническое зацепление, остальные валы-шестерни и колеса косозубое цилиндрическое зацепление. Вал-шестерня (1) имеет меньший диаметр и соеденяется с двигателем. Через коничускую передачу, крутящий момент от (1) поступает на коническое зубчатое колесо (2), колесо предаёт крутящий момент на вал-шестерню (3) через посадку с натягом, далее по такому же принципу вал-шестерня(3) передаёт момент на зубчатое цилиндричесое колесо (4), которое передаёт момент на вал-шестерню (5), далее через посадку с натягом на цилиндричесоке зубчатое колесо (6), затем посредством посадки момент идёт на вал-шестерню (7) и через зацепление с передаточным числом равным единице на выходе у редуктора имеется два вала. Для уменьшения износа зубьев и подшипников, а так для увеличения КПД используются смазочные материалы. На корпусе редуктора для осмотра имеются люк-отверстия закрываемые крышкой.

Сборка редуктора:

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов:

В быстроходный вал закладывают шпонку, затем насаживают стакан, втулки, манжет, подшипники качения (радиально-упорный роликовый конический, радиальный роликовый сферический), закручивают круглую гайку.

На вал-шестерню (2) запрессовывают коническое колесо(3), насаживают втулку, стакан, подшипник, закрепляют вал крышками с обоих концов. Аналогично собираются узлы из вала-шестерни (4) и цилиндрического колеса (5), вала-шестерни (6) и цилиндрического колеса (7), на вал-шестерню (8) насаживаются подшипники качения и втулка.

Для того чтобы одна опора была плавающей, а другая зафиксированной используют втулки с одной стороны вала, которые плотно упираются в крышки корпуса и наружное кольцо подшипников, а во внутренне упираются втулки;

Агрегативные узлы устанавливают, так чтоб произошло зацепление;

Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников и закрепляют крышки болтами;

Используя комплект прокладок для уплотнения, быстроходный вал закрывают в составной крышке, а два выходных вала-шестерни закрывают крышкой для сбора масла, валы-шестерни также закрываются крышками.

Все части корпуса фиксируются относительно друг друга шпильками и болтовыми соединениями.

Заключение

В данной работе был исследован редуктор главного привода прокатной клети мелкосортного стана с помощью программ Solidworks, ANSYS, были предложены варианты оптимизации данной машины с целью увеличения эксплуатационных свойств, выполнены чертежи корпуса и шестерённого валка.

2V-1-Model.cdw

Внутренности.cdw