四輥筒的受力分析.doc

四輥筒的受力分析開(kāi)煉機(jī)的輥筒工作時(shí)受有較大的橫壓力、摩擦力、溫度應(yīng)力、大小驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的作用力。由于膠料橫壓力的作用，輥筒要承受彎曲應(yīng)力，由于膠料的摩擦力和軸承的摩擦力作用，輥筒要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可見(jiàn)輥筒實(shí)際上是受有彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力。此外，輥筒的自重作用都必須給予考慮。由于輥筒內(nèi)外溫度差而引起的溫度應(yīng)力和冷硬鑄造產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力都對(duì)輥筒強(qiáng)度有影響，在精確計(jì)算時(shí)都應(yīng)考慮。擔(dān)內(nèi)應(yīng)力因計(jì)算困難，一般可在安全系數(shù)中考慮即可。輥筒在工作狀態(tài)下的負(fù)荷如圖233所示。1 膠料對(duì)輥筒的橫壓力Pp=pL公斤Ppx=Ppcos公斤PpyPpsin公斤式中Pp總橫壓力，公斤；P單位橫壓力，公斤/厘米；Ppx，Ppy橫壓力的水平分力，垂直分力，公斤。2 驅(qū)動(dòng)齒輪的作用力 大小驅(qū)動(dòng)齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中，齒輪間便產(chǎn)生相互作用的力（如圖233所示）：圓周作用力P的方向與節(jié)圓相切；徑向作用力T的方向與齒輪的半徑方向一致。大驅(qū)動(dòng)齒輪圓周作用力：P公斤式中Mk作用在大驅(qū)動(dòng)齒輪上的扭矩，公斤厘米；d1大驅(qū)動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，厘米。 這里應(yīng)指出：經(jīng)電動(dòng)機(jī)、減速器、大驅(qū)動(dòng)齒輪傳來(lái)的扭矩，是供前后輥加工膠料的需要，故由前后輥筒共同承擔(dān)。即 MkMk1+Mk2公斤厘米Mk1=97400公斤厘米Mk2=97400公斤厘米式中 Mk-大驅(qū)動(dòng)齒輪的扭矩，公斤厘米；Mk1、Mk2前、后輥扭矩，公斤厘米；N1、N2后、前輥消耗功率，千瓦；n1、n2后、前輥轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)/分。在煉膠時(shí)可粗略地認(rèn)為Mk1Mk2圓周作用力的水平分力和垂直分力分別為： PxPcos公斤 PyPsin公斤式中 大小驅(qū)動(dòng)齒輪軸線與垂直線偏移角（一般1520）。 徑向作用力按齒輪的種類(lèi)計(jì)算。3 速比齒輪的作用力在煉膠時(shí)前輥筒的扭矩是通過(guò)速比齒輪傳動(dòng)的。當(dāng)速比很小時(shí)，可近似的認(rèn)為：兩輥筒的扭矩相等，速比齒輪的扭矩之和即為大驅(qū)動(dòng)齒輪扭矩Mk。 MkMk1+Mk2式中Mk1后輥筒速比齒輪的扭矩，公斤厘米； Mk2前輥筒速比齒輪的扭矩，公斤-厘米。圓周作用力：P1公斤式中d1后輥筒速比齒輪節(jié)圓直徑，厘米。 徑向作用力按齒輪的種類(lèi)計(jì)算。4 重力速比齒輪（后輥筒）重量：G1輥筒重量：G2大驅(qū)動(dòng)齒輪重量：G3五輥筒的強(qiáng)度計(jì)算輥筒的強(qiáng)度計(jì)算包括：支反力、彎矩、扭矩和危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度的計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，雖然前后輥筒工作條件相似。為安全起見(jiàn)，看做后輥筒沿全長(zhǎng)傳遞全部扭矩。此外，它的一端要承受驅(qū)動(dòng)齒輪的作用力，另一端又承受速比齒輪的作用力，其工作條件較前輥惡劣。所以，一般只對(duì)后輥計(jì)算就可以了。1 輥筒支反力的計(jì)算 計(jì)算輥筒的支反力是分別求出水平方向和垂直方向的，最后合成。（1） 水平方向支反力 從圖233可見(jiàn)，后輥筒受力為平面平行力系，故可建立0和0兩個(gè)方程式。分別計(jì)算RBx和RCx：RCx公斤RBx公斤（2） 垂直方向支反力RCy公斤RBx公斤（3） 合成支反力分別按下式計(jì)算：RB公斤 RC公斤2 輥筒彎矩和彎應(yīng)力計(jì)算見(jiàn)圖233。這里以輥筒中部為計(jì)算斷面，其最大彎矩為： M=R-公斤厘米式中 R支反力，公斤；b輥筒軸承間的中心距，厘米；p單位橫壓力，公斤/厘米；L輥筒工作部分長(zhǎng)度，厘米。按上式分別計(jì)算水平面和垂直面彎矩Mx、My。再以M計(jì)算出合成彎矩。并繪出彎矩圖。這樣對(duì)空心圓柱輥筒的最大彎應(yīng)力：公斤/厘米2式中 輥筒計(jì)算斷面最大彎應(yīng)力，公斤/厘米2；M輥筒計(jì)算斷面最大彎矩，公斤厘米；L抗彎斷面系數(shù)，厘米3。W0.1D3H（1）其中 DH計(jì)算外徑（DHD2），厘米；白口層厚度，厘米；內(nèi)外徑比，（d/DH）。3 剪應(yīng)力計(jì)算公斤/厘米2式中 Mk輥筒計(jì)算斷面最大扭矩，公斤厘米； Wp抗扭斷面系數(shù)，厘米3。 Wp0.2D3H（1）厘米34 輥筒的強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)輥筒的受力狀態(tài)，是屬于彎曲與扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用下的復(fù)合應(yīng)力。根據(jù)力學(xué)中的強(qiáng)度理論，可按修正后的第二強(qiáng)度理論計(jì)算工作應(yīng)力。式中 泊松比，對(duì)鑄鐵0.33； 最大彎曲應(yīng)力，公斤/厘米2； 最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，公斤/厘米2；5 在所選擇的截面上，輥筒的強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足的條件 根據(jù)輥筒的工作條件，可視其受對(duì)稱(chēng)循環(huán)載荷。以疲勞極限為基礎(chǔ)，其許用應(yīng)力按下式計(jì)算：式中 材料的疲勞極限，公斤/厘米2； n安全系數(shù)。（六）溫度應(yīng)力及其對(duì)強(qiáng)度的影響 輥筒的溫度應(yīng)力是由于輥筒內(nèi)外表面的溫度差產(chǎn)生的。機(jī)械應(yīng)力和溫度應(yīng)力同時(shí)作用于輥筒。若此二部分應(yīng)力迭加后超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)輥筒就會(huì)產(chǎn)生破壞。故考慮溫度應(yīng)力對(duì)輥筒強(qiáng)度的影響時(shí)，其強(qiáng)度條件應(yīng)符合： 式中 輥筒的機(jī)械應(yīng)力，公斤/厘米2； 輥筒的溫度應(yīng)力，公斤/厘米2；輥筒材料的許用應(yīng)力，公斤/厘米2； 圖234所示為輥筒的溫度應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)輥筒受熱后，輥筒就要發(fā)生膨脹。擔(dān)由于內(nèi)外表面溫度不同，膨脹也不同。當(dāng)內(nèi)部冷卻時(shí)外部伸長(zhǎng)大而內(nèi)部伸長(zhǎng)小。就整個(gè)輥筒而言，外部的伸長(zhǎng)受內(nèi)部限制，而產(chǎn)生壓應(yīng)力；反之內(nèi)部則產(chǎn)生拉應(yīng)力。可見(jiàn)溫度應(yīng)力的產(chǎn)生是由于熱膨脹受到限制而引起的。在輥筒內(nèi)取一小單元體，這個(gè)單元體在受熱時(shí)便產(chǎn)生膨脹，同時(shí)這一膨脹在三個(gè)方向受到限制。故它的主應(yīng)力為三向應(yīng)力，即環(huán)向應(yīng)力，軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力。如圖235所示。因徑向應(yīng)力對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響不大，而環(huán)向應(yīng)力與扭矩引起的剪應(yīng)力相迭加。但剪應(yīng)力大大小于彎應(yīng)力，故在計(jì)算溫度應(yīng)力的影響時(shí)可忽略和。可見(jiàn)，真正對(duì)強(qiáng)度有影響的是軸向應(yīng)力。溫度應(yīng)力按下式計(jì)算： 公斤/厘米2式中 R輥筒外半徑，厘米； r輥筒內(nèi)半徑，厘米； 線膨脹系數(shù)，鑄鐵11051/0C； E彈性模數(shù)，鑄鐵E1.2106公斤/厘米； tH輥筒外表面溫度0C； tB輥筒內(nèi)表面溫度0C； 波桑系數(shù)，鑄鐵0.33；在煉膠機(jī)正常操作時(shí)，輥筒內(nèi)部通水冷卻。因而，溫度應(yīng)力使外層受壓。內(nèi)