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。