Диссертация (Совершенствование технологии и конструкции стана для прокатки прецизионных труб малого диаметра), страница 7

Поэтому повышать производительность прокаткитруб малого диаметра возможно только на станах ХПТ.2. Производительность станов ХПТ на порядок выше, однако припрокатке труб малого диаметра на станах ХПТ наблюдается ростзначения осевых сил, действующих на прокатываемую трубу, чтонарушает нормальное течение технологического процесса. Осевые силыухудшаюткачествоинтенсифицироватьпрокатываемыхрежимобжатий.трубТакиминепозволяютобразом,возникланеобходимость проанализировать причины возникновения осевых сил инайти решения, позволяющие максимально снизить их значение.3. Проведен анализ причин возникновения осевых сил. Было выявлено,что основной причиной возникновения осевых сил является несовпадениедействительного катающего радиуса и радиуса начальной окружностиведущей шестерни привода клети стана ХПТ.4.

Многочисленные попытки решить проблему минимизации величиныосевых усилий в заготовке с помощью внесения изменений вконструкцию станов ХПТ не дают удовлетворительного решения даннойпроблемы.5. Для решения проблемы минимизации осевых сил, возникающих припрокатке, необходимо провести комплекс исследований по созданиюнового привода рабочей клети стана ХПТ. Задачей данного исследованияявляется обеспечение вращения валка с переменной угловой скоростью,пропорциональной величине действительного катающего радиуса.54 ГЛАВА 2.

КОНСТРУКЦИЯ НОВОГО ПРИВОДА ВАЛКОВРАБОЧЕЙ КЛЕТИ СТАНА ХОЛОДНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙПРОКАТКИ ТРУБ  Комплекс работ по минимизации осевых усилий был проведен в АО АХК«ВНИИМЕТМАШ».Исследованияпоказали,чтосамымпростымиэффективным будет использование в приводе рейки с переменным шагомзубьев. Результат достигается за счет того, что переменный шаг зубьев рейкипозволяет получить равенство отношения линейной скорости перемещенияклети к угловой скорости вращения валка и катающего радиуса. Это должнообеспечить отсутствие осевых сил при прокатке. 2.1 Принципы расчета нового привода поворота валков стана ХПТ В приводе валков клети с рейке с постоянным линейным шагом зубьевбоковые поверхности зубьев представляют собой наклонные плоскости,одинаковый угол наклона которых обеспечивает постоянный угол зацеплениярейки с шестерней и постоянное значение радиуса начальной окружностиведущей шестерни.

Этот радиус равен расстоянию R Ц от полюса зацепления дооси вращения шестерни. Для минимизации осевых сил необходимо, что бырасстояние RЦ было величиной переменной и при этом по длине хода клетивыполнялось равенствоR Ц  R КАТ,RКАТгде- катающий радиус. Припеременном значении расстояния R Ц угол зацепления представляет собойтакже переменную величину и, соответственно, боковые поверхности зубьеврейки будут не плоскими, а криволинейными.Рассмотрим более подробную кинематику предлагаемого процесса. Дляудобства будем рассматривать систему в полярных координатах.55 На Рисунке 2.1 приведен контур, описываемый катающим радиусомвалка, с которым связана система координат XBOBYB.Рисунок 2.1.

Контур, описываемый катающим радиусом валка [14, 41]Рассмотрим также связанную с валком полярную систему координат, вкоторой полярная ось совпадает с осью OBXB. Текущая угловая координатакатающего радиуса – угол αВ возрастает против часов стрелки.На обжимной зоне рабочей части валка (см. Глава 4, Рисунок 4.6),определяемой калибровкой, задается закон изменения катающего радиуса взависимости от координаты αВ. Катающий радиус RB задается на участкеизменения угловой координаты  B от значения αВ1 до значения αВ2, где αВ1,αВ2 угловые координаты начала и окончания изменения катающего радиуса валкасоответственно.На этом участке катающий радиус является неубывающейфункцией угловой координаты  B , изменяющейся от значения RВ1 и RВ2.Угловые размеры рассматриваемой части поверхности валка составляютпримерно 180  200  , т.е.

αВ1-αВ2  180  200  . Участки валка между 0 ≤ αВ ≤ αВ156 и αВ2< αВ ≤ 360  в процессе прокатки не участвуют, поэтому там катающийрадиус не задан.Запишем уравнение катающего радиуса валка в полярной системекоординат:R КАТ  R B ( B ) ,(2.1)где  В1   В   В 2 .Для построения центроиды рейки, имеющей переменный линейный шагзубьев, зададим связанную с шестерней центроиду 2 (Рисунок 2.2).

С учетомтого, что шестерня и валок жестко связаны, уравнение центроиды будем такжеописывать в системе координат X В O В Y В и в той же самой полярной системекоординат. RB1 при 0   В   B1 ;RЦ  RКАТ  В    RB  B  при  В1   В   В 2 ;R B 2 при  В 2   B   B 3 ,(2.2)Рисунок 2.2. Круглая шестерня с центроидой.1 – шестерня; 2 – центроидашестерни; 3 – основная окружность шестерни [14, 41]57 На участках, соответствующих участкам контакта валка с заготовкойтрубы (  В1   В   В 2 ), уравнение центроиды должно совпадать с уравнением(2.1) катающего радиуса валка.С учетом того, что линейные размеры зубчатой рейки, как правило,выполняются такими, чтобы обеспечивать зацепление шестерни с рейкой наугле поворота шестерни, превышающем 360 o , угловые размеры центроиды,связанной с шестерней, и, соответственно, максимальный угол  В3 , на которомзадана центроида шестерни, также должны быть больше 360 o .

На Рисунке 2.2показана также основная окружность 3 зубьев шестерни, имеющая радиус r0 .Для определения формы зубьев рейки необходимо записать уравнениецентроиды рейки. Соответствующая расчетная схема изображена на Рисунке2.3. На этой расчетной схеме представлена неподвижная рейка 4, с которойсвязана неподвижная система координат X P O PY P . Ось O PY P этой системыкоординат совпадает с левым краем зубчатой рейки. Установим шестерню,представленную на Рисунке 2.2, в начальное положение (Рисунок 2.3) такимобразом, чтобы центр O B системы координат X B O BY B , жестко связанной сшестерней, совпадал с центром O P , связанной с рейкой системы координатX P O PY P .Координатная ось O B X B направлена в отрицательном направлениивдоль координатной оси O PY P . Затем начнем перемещать шестерню такимобразом,чтобыцентрOBсистемыкоординатX B O BY Bдвигалсяпокоординатной оси O P X P , а мгновенный центр P скоростей шестерни находилсяна пересечении прямой линии, проходящей через точку O B параллельно осиO PY P сцентроидой 2 шестерни.

При этом шестерня будет поворачиваться наугол  B . На Рисунке 2.3 показано также текущее положение шестерни после ееповорота на угол  B . В результате такого движения шестерни 1 совокупностьточек P будет представлять собой центроиду 5 зубчатой рейки.58 Рисунок 2.3.Круглая шестерня и зубчатая рейка с центроидами.1 –шестерня; 2 – центроида шестерни; 3 – основнаяокружность шестерни; 4 – зубчатая рейка; 5 – центроидазубчатой рейки; 6 – линия перемещения центра шестерни[14, 41]С учетом зависимости (2.2) запишем в параметрическом виде (параметр B , переменные х Р и y P ) уравнение центроиды 5 зубчатой рейки: y Р  B    RЦ  B ;B Р x  B    RЦ  d ,0(2.3)где 0   В   В 3 .Боковые поверхности зубьев рейки могут быть построены (илиобработаны на станке) на основе заданных центроид шестерни и рейки всоответствии с известными принципами теории зубчатых зацеплений.Построение сопряженных поверхностей можно осуществить, например,59 методом огибания.

Это можно сделать на реечном зубодолбежном станке,выбирая в качестве производящих поверхностей боковые поверхности зубьевдолбяка,соответствующегорассматриваемойшестерне.Приэтомобеспечивается относительное движение производящих поверхностей долбякаи заготовки рейки таким, каким оно получается при обкатке центроидышестерни по центроиде рейки.Схема обработки боковых поверхностей зубьев рейки зубчатым долбяком1 представлена на Рисунке 2.4. В отличие от схемы, представленной на Рисунке2.3, где неподвижной является система координат X P O P Y P , связанная с рейкой,на Рисунке 2.4 представлена неподвижная система координат X BO O BO Y BO .Рисунок2.4.Схемаобработкизубьеврейкидолбякомнареечномзубодолбежном станке. 1 – долбяк; 2 – центроида долбяка; 3 –основная окружность долбяка;центроида зубчатой рейки [14, 41]4 – зубчатая рейка;5 –60 Центрсистемы координатсовпадает с центромсистемы координат,связанной с вращающимся зубчатым долбяком 1.

Рейка 4 и, соответственно,система координатперемещаются влево относительно неподвижной системыкоординат. Движения рейки и долбяка в этом случае будут соответствоватьдвижениямобрабатываемойрейкиизубчатогодолбяканареечномзубодолбежном станке.Для схемы, представленной на Рисунке 2.4 по аналогии с (2.3) запишем впараметрическом виде (параметр B , переменные хОВО и yОВО ) уравнениеРРцентроиды зубьев рейки в системе в неподвижной системе координатX BO O BO Y BO[14, 41]: y ОВОЗ  B    RЦ  B ;B ВОxRЦ  d , ОЗ B0(2.4)2.2 Технология изготовления реек переменного шага Неоспоримым преимуществом  на практике является простота способа итехнологииизготовленияреекпеременногошага.ВАО"АХКВНИИМЕТМАШ" был предложен метод изготовления таких реек назубодолбежных станках с применением специального приспособления.61 Рисунок 2.5.