機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算.doc

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機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算摘要:初定基本尺寸并選擇立柱、橫梁的截面形狀 機(jī)架基本尺寸，主要是指窗口的大小以及立柱和上下橫梁的截面尺寸等。基本尺寸的確定見(jiàn)表18.2-l，各種截面形狀的選擇見(jiàn)表18.2-2. 機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算 1） 計(jì)算的基本假定 作用在機(jī)架上的外力，只考慮軋制力的 初定基本尺寸并選擇立柱、橫梁的截面形狀，機(jī)架基本尺寸，主要是指窗口的大小以及立柱和上下橫梁的截面尺寸等。基本尺寸的確定見(jiàn)表18.2-l，各種截面形狀的選擇見(jiàn)表18.2-2. 機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算 1） 計(jì)算的基本假定 作用在機(jī)架上的外力，只考慮軋制力的作用，并用兩個(gè)集中載荷取代作用于上橫梁圓環(huán)面的均布載荷(見(jiàn)圖18.2-1)。作用在下板粱上的力為均布載荷; 視機(jī)架為一封閉框架，該框架，由依次連接截面各截面形心而形成; 機(jī)架的變形屬于平面變形。 2)主要運(yùn)算符號(hào)(參照?qǐng)D18.2-1一圖18.2-3及表18.2-3、表18.2-4); 3)機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算 表18.2-3,表18.2-4為機(jī)架的靜強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算;表18.2-5為機(jī)架的疲勞強(qiáng)度計(jì)算;表18.2-6為圖解機(jī)架任意截面的夸矩。對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的機(jī)架可用圖解法。 4)計(jì)算實(shí)例 圖18.2-4為1200 x 550/1100四輥熱軋機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)圖。要求對(duì)該機(jī)架進(jìn)行剛、強(qiáng)度校核。機(jī)架材料為ZG270-500鋼，軋機(jī)的最大軋為16000kN，每片機(jī)架上的作用力為8000kN. 解 繪制機(jī)架計(jì)算簡(jiǎn)圈 第一步，將機(jī)架簡(jiǎn)化為封閉框架。由于該機(jī)架形狀較規(guī)整.故只取5個(gè)截面，它們是:上、下橫梁的中間截面，立柱的中間截面.上、下橄梁與立住交接處。而后分別求其形心位置和慣性矩。根據(jù)所求得的數(shù)據(jù)及機(jī)架的結(jié)構(gòu)尺寸使可作用機(jī)架的封閉框架圖，如圖18.2一5所示. 第二步.確定各段的慣性矩及上、下.粱上載荷。 機(jī)架的靜強(qiáng)度校核 a)按表18.2一3中的計(jì)算公式求得各截面上的最大應(yīng)力(見(jiàn)表18.2-7)。 由表18.2一7可知，求得的各截面上最大應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，故機(jī)架靜強(qiáng)度滿足要求。 b)以軋輥在斷裂時(shí)機(jī)架不產(chǎn)生塑性變形為條件計(jì)算機(jī)架的許用應(yīng)力(. 由于上式求得的(值大于機(jī)架的最大應(yīng)力。故軋輥在斷裂時(shí)，機(jī)架無(wú)損傷。 機(jī)架的疲勞強(qiáng)度計(jì)算按表18.2-8中公式. 計(jì)算各截面的疲勞安全系數(shù)，并列于表18.2一9中，由于表中的s值大于許用安全系數(shù)(S) =1.5一2,故機(jī)架疲勞強(qiáng)度滿足要求。 撓度計(jì)算 利用表18.2-4中的公式計(jì)算機(jī)架的撓度，并列于表18.2一9中。從表中可知，機(jī)架在垂直方向的撓度=0.0004841 m.水平方向的撓度=0.00039m。對(duì)于大中型四輥熱軋機(jī)，機(jī)架在垂直方向的總撓度應(yīng)不大于0.0005 - 0.001 m。故機(jī)架滿足剛度要求。由于軋機(jī)中滑板與支承輥軸承座寬度之間的最小間涼為0.00057m.大于機(jī)架的水平撓度=0.00039m.從而可滿足軸承座沿窗口自由移動(dòng)的使用耍求。 5)機(jī)架的應(yīng)力分析 用有限元法計(jì)算280 x 100/300四輥冷軋機(jī)機(jī)架所得應(yīng)力分布及變形情況。 假定:機(jī)架只承受垂直方向的軋制力.而水平外力被忽略。機(jī)架幾何形狀及外載均前后對(duì)稱，且無(wú)垂直于此對(duì)稱面的外力，故計(jì)算時(shí)按平面間題來(lái)處理。 用有限元m it算所得機(jī)架的應(yīng)力分布圖，如圖18.2-6一圖18.2-9所示。從圖中得知:上橫梁中間截面內(nèi)緣上有較大的沿x軸方向的壓應(yīng)力(=-284 x IOPa)。其值 向兩邊逐漸減小。上橫梁內(nèi)、外緣分別是下橫梁對(duì)應(yīng)點(diǎn)的1.55和1.68倍。上、下橫梁的內(nèi)、外緣的值按曲線規(guī)律變化。立柱受力狀態(tài)接近于單向拉伸。根據(jù)上橫梁中間截面的應(yīng)力分布，可確定壓下螺母支承面的位里(盡可能布置在壓應(yīng)力區(qū))。從圖18.2-7、圖18.2-8中可知.橫梁與立柱交接處和下橫梁帶孔部位有較大的應(yīng)力集中，從而使應(yīng)力達(dá)到較高值。如在上、下橫梁與立柱交接處最大應(yīng)力分別達(dá)到410 x 10Pa和320 x 10Ps.而在直徑40mm圓孔A, B兩點(diǎn)拉應(yīng)力達(dá)到290 x10Pa. 機(jī)架的變形：當(dāng)以機(jī)架中性線ABCD(見(jiàn)圖18.2-6)為基準(zhǔn)時(shí).計(jì)算所得機(jī)架在垂宜方向的總變形是0.0001058.,其中立柱的垂直變形為0.0000448.上、下橫梁的垂直變形為0.00006Im. 表18.2-3中.按曲梁計(jì)算.上、下橫梁與立柱的交接處最大應(yīng)力值分別為430 x 10Pa及328 x10P.,與有限元法什算結(jié)果很接近。