Выполняем проверочный расчет универсальных шпинделей клети.

Максимальный крутящий момент, передаваемый одним шпинделем Мкр = 1800 кН м

Диаметр головки шпинделя 800 мм

Максимальный угол наклона шпинделя а = 3⁰.

Так как сечение головки шпинделя ослаблено расточкой с = 192 мм, глубиной 15 мм, необходимой для центрирования бронзового вкладыша, то для более точного расчета примем, что давление в любом сечении головки распределяются по трапеции.

Определим плечо приложения равнодействующей силы Р (рисунок 4).

(4.31)

(4.32)

Статические моменты

(4.33)

Так как , то получим:

(4.34)

Рассмотрим случай работы шпинделя, когда угол наклона а = 0 (горизонтальное положение). Сечение А`О будет соответствовать сечению АО:

(4.35, 4.36)

Момент, скручивающий одну щеку головки шпинделя:

М_кр = 1800/2 = 900 кН м (4.37)

Усилие, действующее на щеку головки шпинделя:

P = M/f = 900/0.263 = 3421 кН (4.38)

Заменяя сегмент сечения АО равновеликой трапецией, получим:

в₁ = 330 мм, в₂ = 192 мм, h = 218 мм, (в₁ + в₂) = 522 мм

(в₁ + в₂)/h = 522/218 = 2,4 (4.39)

Момент сопротивления трапеции, заменяя её прямоугольником:

(4.40)

Напряжение кручения в сечении АО:

(4.41)

Запас прочности составляет 500/142 = 3,5

Напряжение кручения в теле шпинделя диаметром d = 472 мм

(4.42)

Запас прочности составляет 500/85,6 = 5,8

Угол закручивания тела шпинделя: на длине 3500 мм

(4.43)

На 1 м длины шпинделя: 0,0029/3,5 = 0,000831586 град

Допустимо 0,5⁰ на 1 м длины.

Рассмотрим сечение АО при работе шпинделя с максимальным углом наклона а = 3. Так как cos а = 1, то напряжения в сечении АО будут незначительно отличаться от напряжений, подсчитанных выше для случая а = 0.

Рассмотрим некоторое произвольное сечение 1-1, параллельное оси шарнира головки шпинделя и расположенное от него на расстоянии х = 157 мм при а = 3⁰.

При геометрическом построении равновеликой трапеции находим:

в₁ = 366 мм, в₂ = 200 мм, h = 270 мм, (в₁ + в₂) = 566 мм

Центр тяжести трапеции

(4.44)

Графически находим плечо а силы Р относительно центра тяжести сечения (нейтральное волокно): а = 192 мм

Момент, изгибающий это сечение:

(4.45)

Напряжение изгиба в сечении 1-1:

(4.46)

(4.47)

Запас прочности составляет 500/111 = 4,5

Напряжение кручения в сечении 1-1:

(4.48)

(4.49)

(4.50)

(4.51)

Напряжение кручения в сечении 1-1:

Т = М/W_кр = 932,8 10⁶ / 10232827 = 91,16 МПа

Запас прочности составляет 500 / 91,2 = 5,5

Напряжение изгиба в вилке лопасти со стороны рабочего валка (сечение 2-2)

(4.52)

(4.53)

(4.54)

Запас прочности составляет 500 / 193 = 2,6

Сечение 3-3 имеет форму прямоугольника и испытывает напряжение кручения:

(4.55)

(4.56)

Напряжение кручения:

(4.57)

Лопасть муфты со стороны рабочего валка изготовлена из стали 40ХН, для которой предел текучести 500МПа.

Запас прочности по максимальному изгибающему моменту (от предела текучести):

500/174,2 = 2,9