- •Характеристика технического состояния главного привода исходной конструкции
- •1.1 Назначение, характеристика и устройство главного привода
- •2 Анализ работоспособности привода новой конструкции по различным критериям
- •2.1 Назначение, характеристика и устройство привода рабочего рольганга
- •2.2 Определение вида состояния и оценка надежности муфт роликов рольганга
- •2.2.1 Расчет показателя надежности муфт ролика рольганга по критерию несущей способности
- •2.2.2 Оценка состояния и надежности муфты по критерию динамической грузоподъемности
- •2.2.3 Оценка состояния и надежности зубьев муфты по критерию усталостной прочности на изгиб
- •2.3 Определение вида состояния и оценка надежности роликов рольганга
- •2.3.1 Оценка состояния и надежности ролика рольганга по критерию статической прочности на изгиб
- •2.3.2 Оценка надежности ролика рольганга по критерию кинетической прочности на изгиб
- •2.4 Оценка надежности подшипников ролика рольганга по критерию динамической грузоподъемности.
- •2.5 Оценка надежности двигателя по критериям несущей способности
- •2.5.1 Оценка надежности двигателя при кратковременной прокатке на заправочной скорости
- •2.5.2 Оценка надежности двигателя при длительном передвижении сляба с максимальной скоростью
- •2.6 Выводы по второму разделу
- •Заключение
- •Список использованных источников
2.3.2 Оценка надежности ролика рольганга по критерию кинетической прочности на изгиб
В качестве исходных данных примем следующие значения необходимые для расчета параметров:
1 группа. Внешние и внутренние параметры нагруженного ролика:
Don= 400 мм - диаметр бочки;
L= 2500 мм - длина бочки;
don= 75 мм - диаметр шейки;
lon = 370 мм - длина шейки;
P = 116,85 кН– средний вес сляба;
q = P/L = 116,85∙103/2∙2500 = 2,337 Н/мм- погонная нагрузка на бочку одного ролика (исходим из условия, что сляб должен располагаться минимум на двух роликах);
RA = RB = P/2∙2 = 116,85/2∙2 = 29,2125 кН– реакция в опорах ролика, определенные из условия симметричности схемы нагружения;
σТ = 700 МПа- предел текучести (предельное напряжение) материала ролика (сталь 45).
σ = σи(ш)тах= 0,128 МПа – максимальные расчетные напряжения в наиболее нагруженных точках (микрообъемах) шейки ролика;
σmin = 0 и σmax = 0,128 МПа- минимальные и максимальные значения напряжений при отнулевом (пульсирующем) цикле нагружения;
t1 =0,5 года ≈ 1,425 ∙107 с - назначенный ресурс;
2 группа. Физико-механические характеристики материала ролика (сталь 45):
Е = 2,1 ∙ 105 МПа- модуль упругости;
G = 8,1 ∙ 104 МПа- модуль сдвига;
μ = 0,29- коэффициент Пуассона;
HV = 2700 МПа-твердость по Виккерсу;
σТ = 700 МПа- предел текучести материала;
ρ = 7,8 ∙ 10-6 кг/мм3- плотность материала.
3 группа. Теплофизические характеристики материала:
Т = 600С = 333 К – рабочая температура материала ролика;
ΔНs = 10,5 Дж/мм3- энтальпия плавления материала в жидком состоянии;
С = 466 Дж/(кг∙0С) - удельная теплоемкость материала (при температуре Т= 20 – 1000С);
α0 = 1,28 ∙ 10-5 мм/(мм∙0С) - коэффициент линейного теплового расширения;
U0 = 19,192 Дж/мм3 - энергия активации процесса разрушения межатомных связей при T = 0 и σ = 0;
V = 0,165- коэффициент неравномерности распределения внутренней энергии по объему нагруженной детали (справочное значение);
4 группа. Основные физические константы:
N0 = 0.86 ∙ 1020 мм-3- число Авогадро;
h = 6,626 ∙10-34 Дж∙с- постоянная Планка;
R = 1,187 ∙10-3 Дж/(мм3∙К)- универсальная газовая постоянная;
k = 1,38 ∙10-23 Дж/К- постоянная Больцмана.
В качестве параметра состояния ролика рольганга принимаем плотность потенциальной энергии ubtдефектов структуры наиболее нагруженных микрообъемов материала, которая со скоростью uввозрастает со временем в поле приложенных внутренних напряжений σ = σи(ш)тах=63,45 МПа.
Тогда уравнение состояний ролика рольганга можно представить в виде:
; (2.21)
где ue0- начальное значение плотности скрытой энергии:
(2.22)
МПа = 1,775 Дж/мм3
Скорость uв накопления в роликах энергии дефектов:
(2.23)
,
где kσ- коэффициент перенапряжения межатомных связей:
(2.24)
,
A0 - коэффициент влияния напряжений и температуры на скорость повреждаемости:
(2.25)
,
U(σ,T)- энергия активации процесса разрушения межатомных связей для σ = 0,128 МПаи Т= 600С:
(2.26)
Дж/мм3.
- доля энергии активации, определяемая для Т = 600С:
(2.27)
ΔU(T) = 3/2∙1,28∙10-5∙1,535∙60= 0,1769 Дж/мм3;
К(Т)- коэффициент всестороннего сжатия материала ролика при температуре Т = 60 0С:
(2.28)
Е(Т)- модуль упругости материала валка при температуре Т= 60 0С:
μ(Т)- коэффициент Пуассона материала ролика рольганга при температуре Т = 600С:
MR– коэффициент эквивалентности напряженного состояния:
(2.29)
r- коэффициент асимметрии цикла для пульсирующего цикла нагружения:
(2.30)
так как σmin =0, σmax = σ = 633.15 МПа;
G(T)- модуль сдвига материала валка при температуре T = 60 0C:
(2.31)
Условие работоспособности ролика запишем в виде:
(2.32)
где ив кр- критическая плотность энергии дефектов структуры локальных объемов материала валка при Т = 600С:
(2.33)
иТ– тепловая составляющая плотности внутренней энергии нагруженных микрообъемов материала валка на момент разрушения при Т = 600С:
(2.34)
Для назначенного ресурса t = t1 = 0,5 года = 1,425 ∙107 сплотность энергии дефектов структуры локальных объемов ролика рольганга достигает:
поскольку условие работоспособности для назначенного ресурса t = t1 = 0,5 года = 1,425 ∙107 свыполняется:
то ролик рольганга на данный момент времени t = t1 находится в работоспособном состоянии по выбранному параметру ивt.
Коэффициент запаса надежности ролика рольганга на момент времени t = t1 по выбранному параметру ивt:
(2.35)
Оценим долговечность ролика рольганга.
С этой целью решаем уравнение относительно t = tnp: