7.2 Определение параметров винтов и гаек

Винтовая пара ЭНМ обеспечивает изменение раствора валков S перед проходом с заданными линейными скоростью перемещения валков V_нм и ускорением K_нм, а также фиксацию раствора при прокатке. От ее конструкции во многом зависят точность прокатки и надежность всей клети. Т.к. условия работы винтовых пар весьма тяжелые, то к ним предъявляются очень высокие требования:

1. Способность выдерживать максимальную силу прокатки достоточно долгое время в условиях циклического нагружения и при наличии вибраций;

2. Большая износоустойчивость, поскольку в результате износа меняется шаг резьбы и точность установки S снижается;

3. Несамоотвинчивание под нагрузкой для фиксации заданного рас-

твора при любой силе прокатки;

4. Минимальный коэффициент трения в резьбе для уменьшения статической составляющей мощности двигателей N_ст. Одновременно это уменьшает и износ резьбы;

5. Высокие динамические качества быстроходных ЭНМ для уменьшения динамической составляющей мощности двигателей N_дин при отработке заданного ускорения К_нм.

Все нажимные винты (НВ) состоят из 3-х основных частей: цилиндрической части с резьбой 1, хвостовика 2 и сферической пяты 3 для самоустановки подушек (рис.7.3).

Рисунок 7.3 – Конструкция нажимного винта

Резьба НВ бывает двух видов:

1. Упорная, одно- или многозаходная. Она лучше сопротивляется самоотвинчиванию, поэтому применяется на обжимных станах, где эта проблема является актуальной;

2. Трапецеидальная, также одно- или многозаходная. Имеет большую прочность и поэтому применяется в клетях листовых станов.

Средний диаметр резьбы d_ср, характеризующий кинематику винтовой пары, выбирается по минимальному диваметру НВ, который равен внутреннему диаметру резьбы d_вн. Этот диаметр находится из условия прочности НВ на сжатие:

,

где R – максимальная величина реакции на НВ, Н;

[σ] – допустимое напряжение сжатия материала НВ, МПа:

,

где n = 5 – коэффициент запаса прочности для материала НВ. Обычно в качестве материала используются конструкционные стали 50,55 или легированные 40Х ,40ХН.

Затем d_вн округляется до ближайшего большего по стандарту на данный вид резьбы и по нему находятся остальные размеры резьбы: d_ср и наружный d_н. Найденный т.о. диаметр резьбы обычно оказывается слишком малым для обеспечения заданного модуля жесткости клети М_кл. В таких случаях диаметр резьбы находят по заданной величине деформации винта, используя закон Гука.

Шаг резьбы определяется соотношением:

,

где k – число заходов резьбы;

α – угол подъема винтовой линии резьбы.

Угол α всегда следует выбирать максиально возможным по условиям несамоотвинчивания (обычно 1÷2,5⁰), т.к. это уменьшает как N_ст, так и N_дин. Условие несамоотвинчивания НВ:

,

где Y_п , Y_р – усилия переуравновешивания в подпятнике и в резьбе соответственно:

,

где P_max – максимальная сила прокатки, Н;

m_вк – масса валкового комплекта, кг;

g – ускорение земного тяготения, м/с².

,

где m_в – масса НВ, кг.

μ, φ – коэффициентв трения в пяте и резьбе;

d_п – диаметр пяты, мм.

По условию несамоотвинчивания видно, что для его выполнения нужно:

1. Увеличивать коэффициент трения пяте – но это ведет к росту необходимой мощности двигателей. Это техническое противоречие преодолевается применением комбинированной опоры с подпятником скольжения для работы под нагрузкой, и подпятником качения - при перестановке валков;

2. Увеличивать диаметр пяты. Поэтому на обжимных станах d_п > d_ср;

3. Уменьшать угол α, но это ухудшает динамические качества механизма;

4. Увеличивать угол трения в резьбе φ, но это увеличивает N_ст.

Наилучшим решением является увеличение d_п и применение комбинированной конструкции подпятника.

Число заходов резьбы определяется условиями прочности резьбы на изгиб и на срез.

Хвостовики НВ бывают двух видов: в виде квадратного вала и в виде шлицевого вала. Первый вариант применяется на обжимных станах, а второй – на листовых, где хвостовику приходится передавать большой крутящий момент.

Нажимные гайки (НГ) делают из бронзы, чтобы предотвратить т.н. "схватывание" между витками винта и гайки, которое происходит, если они изготовлены из однородных материалов. Поэтому износ идет в первую очередь у гаек. Резьба у НГ, естественно, такая же, как и у НВ. Размеры и форма гаек определяются допустимыми удельными усилиями р_ср в витках резьбы и их равномерным распределением по виткам, а также исходя из допустимого удельного усилия на опорную поверхность гайки р_оп.

Внешний диаметр гайки D_г (рис.7.4) находится по р_оп:

Рисунок 7.4 – Форма и размеры нажимных гаек

,

где d₀ - диаметр отверстия в станине под НВ; d₀ = d_н+10 мм;

[р_оп] - 60÷80 МПа.

Высота гайки находится по количеству витков резьбы и шигу резьбы:

,

где N_max – максимальное число витков резьбы; находится из условий:

1. Допустимого р_ср в витках резьбы :

,

где [р_ср] = 15÷20 МПа;

2. Допустимых напряжений изгиба в витках резьбы:

,

где k₁ – коэффициент износа резьбы; k₁ = 0,8÷1,04;

h – толщина основания витка резьбы, мм;

[σ_и] – допустимое напряжение изгиба для бронзы; [σ_и] = 65÷80 МПа;

3. Допустимых напряжений среза:

,

где [τ_ср] – допустимое напряжение на срез для бронзы; [τ_ср] = 26÷34

МПа.

Для уменьшения неравномерности распределения удельного усилия по виткам резьбы рекомендуется форму гайки делать с переменным поперечным сечением (рис.7.4).