專利名稱：預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法。特別是嵌入式預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在棒材矯直領(lǐng)域框式矯直機(jī)大多采用預(yù)應(yīng)力機(jī)架用以提高機(jī)架整體的剛度及穩(wěn)定性，使機(jī)架處于短應(yīng)力線受力狀態(tài)，有效的降低機(jī)架的變形量。但傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力機(jī)架是以立柱為基準(zhǔn)來定位上下機(jī)架的，框式矯直機(jī)一般開口度較大，并且由于整體結(jié)構(gòu)的限制，立柱無法滿足機(jī)架整體剛度和穩(wěn)定性的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，以便提高機(jī)架的整體剛度及機(jī)架的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，其特征是它以應(yīng)力套為機(jī)架定位基準(zhǔn)；設(shè)預(yù)應(yīng)力P0，立柱和應(yīng)力套分別產(chǎn)生拉伸變形ΔL1和壓縮變形ΔL2；矯直力是P，立柱所受的拉力增加是ΔP1，應(yīng)力套所受的壓力減小是ΔP2，立柱的伸長(zhǎng)量等于應(yīng)力套的壓縮量ΔL，立柱受力為P1，應(yīng)力套受力為P2，則 受力后總變形量ΔL11＝ΔL1+ΔL；則 受力后總變形量ΔL22＝ΔL2-ΔL；則 ΔP1+ΔP2＝PK1，K2分別表示立柱及應(yīng)力套的剛度系數(shù)，則 K1＝ΔP1/ΔL K2＝ΔP2/ΔLΔP1/ΔP2＝K1/K2；ΔL＝P/(K1+K2)所述的預(yù)緊力是矯直力的1.25～1.5倍。
所述立柱的拉應(yīng)力的安全范圍，須滿足ΔL2-ΔL＞0的條件。
所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架，它的上機(jī)架2和下機(jī)架5之間連接有立柱3，立柱3外套有應(yīng)力套4，應(yīng)力套4兩端分別嵌入上機(jī)架2及下機(jī)架5一定的長(zhǎng)度用以定位上機(jī)架2及下機(jī)架5。
所述的立柱3與上機(jī)架2和下機(jī)架5之間留有一定的間隙。
所述的連接立柱3的頂端有螺紋用以施加預(yù)應(yīng)力；在施加預(yù)緊力時(shí)，預(yù)緊用液壓螺母通過立柱頂端的螺紋拉伸連接立柱3，同時(shí)通過下壓上機(jī)架2而壓縮應(yīng)力套4，使連接螺母1與上機(jī)架2之間產(chǎn)生一定的間隙，進(jìn)而鎖緊連接螺母1，使應(yīng)力套4于連接立柱3之間產(chǎn)生大于矯直力的殘余應(yīng)力即預(yù)緊力。
本發(fā)明特點(diǎn)是它與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法不同之處在于，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是考慮以立柱為定位基準(zhǔn)的，因此在設(shè)計(jì)過程中主要考慮以立柱來承受矯直力，并且由于整體結(jié)構(gòu)的限制，立柱無法滿足機(jī)架整體剛度的需要。本設(shè)計(jì)方法提出以應(yīng)力套為機(jī)架定位基準(zhǔn)，改變了原有的以立柱為定位基準(zhǔn)的傳統(tǒng)方式，使立柱只起到連接緊固的作用，具有更好的使用效果。由于應(yīng)力套的剛度系數(shù)高，以應(yīng)力套為上下機(jī)架的定位基準(zhǔn)將極大的提高機(jī)架的整體剛度及機(jī)架的穩(wěn)定性。


圖1是預(yù)應(yīng)力及應(yīng)變圖；圖2是嵌入式預(yù)應(yīng)力機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、連接螺母；2、上機(jī)架；3、連接立柱；4、應(yīng)力套；5、下機(jī)架。
具體實(shí)施例方式
參見圖2，嵌入式預(yù)應(yīng)力機(jī)架由連接螺母1、上機(jī)架2、連接立柱3、應(yīng)力套4、下機(jī)架5組成。用連接立柱3連接上機(jī)架2及下機(jī)架5，連接立柱3外套有應(yīng)力套4，應(yīng)力套4兩端分別嵌入上機(jī)架2及下機(jī)架5一定的長(zhǎng)度用以定位上機(jī)架2及下機(jī)架5，這樣機(jī)架的整體剛度是取決于應(yīng)力套4，連接立柱3與上機(jī)架2和下機(jī)架5之間留有一定的間隙。在立柱的頂端留有一段螺紋用以施加預(yù)應(yīng)力。在施加預(yù)緊力時(shí)，預(yù)緊用液壓螺母通過立柱頂端的螺紋拉伸連接立柱3，同時(shí)通過下壓上機(jī)架2而壓縮應(yīng)力套4，使連接螺母1與上機(jī)架2之間產(chǎn)生一定的間隙，進(jìn)而鎖緊連接螺母1，使應(yīng)力套4于連接立柱3之間產(chǎn)生大于矯直力的殘余應(yīng)力即預(yù)緊力。
下面通過對(duì)圖1的說明來清楚本發(fā)明的目的，如圖1所示，在預(yù)應(yīng)力P0的作用下，立柱和應(yīng)力套分別產(chǎn)生拉伸變形ΔL1和壓縮變形ΔL2。在矯直力P的作用下，立柱和應(yīng)力套的受力得到了再分配，立柱所受的拉力增加ΔP1，應(yīng)力套所受的壓力減小ΔP2。則
ΔP1+ΔP2＝P即立柱和應(yīng)力套受力之后，兩者力的變化之和等于矯直力P。立柱的伸長(zhǎng)量等于應(yīng)力套的壓縮量ΔL。立柱受力為P1，受力后總變形量ΔL11＝ΔL1+ΔL。應(yīng)力套受力為P2，受力后總變形量ΔL22＝ΔL2-ΔL。
K1，K2分別表示立柱及應(yīng)力套的剛度系數(shù)，則K1＝ΔP1/ΔLK2＝ΔP2/ΔL由以上可得ΔP1/ΔP2＝K1/K2在矯直力的作用下，立柱和應(yīng)力套所受力的變化量與它們的剛度系數(shù)成正比，剛度系數(shù)大的部分承受矯直力的分量大，剛度系數(shù)小的部分承受矯直力的分量小。因此在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力機(jī)架的過程中合理的分配立柱和應(yīng)力套的剛度系數(shù)是設(shè)計(jì)合理的關(guān)鍵。在有限的結(jié)構(gòu)空間范圍內(nèi)，選取合理的立柱和應(yīng)力套的剛度系數(shù)，使應(yīng)力套承受大部分的矯直力，有效的改善立柱的受力狀況。
由以上可得ΔL＝P/(K1+K2)此式的成立是以應(yīng)力套的受力始終大于零為前提條件的，否則在矯直力的作用下，機(jī)架的剛度就降為立柱的剛度，剛度將急劇下降，以至出現(xiàn)矯直過程中機(jī)架離縫的現(xiàn)象。
在設(shè)計(jì)過程中一般設(shè)定預(yù)緊力為矯直力的1.25～1.5倍，在選取立柱與應(yīng)力套的剛度系數(shù)的時(shí)候，首先滿足立柱的拉應(yīng)力的安全范圍，并滿足ΔL2-ΔL＞0的條件下，盡量增大應(yīng)力套的剛度系數(shù)，使應(yīng)力套承受大部分的矯直力，降低立柱所承受的矯直力，有效的改善立柱的受力狀況。
實(shí)踐證明，嵌入式預(yù)應(yīng)力機(jī)架的采用在提高框式矯直機(jī)機(jī)架整體的剛度及穩(wěn)定性、可靠性方面有著明顯的使用效果。例15～40mm七輥棒材矯直機(jī)預(yù)應(yīng)力機(jī)架計(jì)算實(shí)例已知最大矯直力P＝50T立柱長(zhǎng)度L1＝1500mm (共5根)應(yīng)力套長(zhǎng)度L2＝750mm (共5根)求立柱及應(yīng)力套的截面尺寸解一求解立柱的截面尺寸σS＝nP’/S1(n安全系數(shù)，S立柱截面積)
S1＝πD2取σS＝50Kg/mm2P’＝(P0+P)/5＝25TP0＝1.5P(P0為機(jī)架預(yù)緊力)得D＝80mm二求解應(yīng)力套的截面尺寸立柱的剛度系數(shù)為K1＝ES1/L1設(shè)應(yīng)力套的剛度系數(shù)為K2＝ES2/L2則立柱在預(yù)緊力的作用下的變形量為ΔL1＝P0/K1＝1.07mmΔL2＝P0/K2在矯直力的作用下，立柱的P0/K1伸長(zhǎng)量的變化量等于應(yīng)力套壓縮量的變化量為ΔLΔL＝ΔP1/K1ΔP1＝PK1/(K1+K2)則ΔL＝P/(K1+K2)要滿足ΔL2-ΔL＞0則P0/K2-P/(K1+K2)＞0即K2＜P0K1/(P-P0)K2＝ES2/L2＜P0K1/(P-P0)得S2＜P0S1L2/(P-P0)L1＝1.5S1已知S1＝5024mm2S2＜7536mm2設(shè)計(jì)中取應(yīng)力套內(nèi)徑95mm則應(yīng)力套外徑D＜136.5mm取應(yīng)力套外徑D＝135mm。
權(quán)利要求
1.預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，其特征是它以應(yīng)力套為機(jī)架定位基準(zhǔn)；設(shè)預(yù)應(yīng)力P0，立柱和應(yīng)力套分別產(chǎn)生拉伸變形ΔL1和壓縮變形ΔL2；矯直力是P，立柱所受的拉力增加是ΔP1，應(yīng)力套所受的壓力減小是ΔP2，立柱的伸長(zhǎng)量等于應(yīng)力套的壓縮量ΔL，立柱受力為P1，應(yīng)力套受力為P2，則受力后總變形量ΔL11＝ΔL1+ΔL；則受力后總變形量ΔL22＝ΔL2-ΔL；則ΔP1+ΔP2＝PK1，K2分別表示立柱及應(yīng)力套的剛度系數(shù)，則K1＝ΔP1/ΔLK2＝ΔP2/ΔLΔP1/ΔP2＝K1/K2；ΔL＝P/(K1+K2)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，其特征是所述的預(yù)緊力是矯直力的1.25～1.5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，其特征是所述立柱的拉應(yīng)力的安全范圍，須滿足ΔL2-ΔL＞0的條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，其特征是所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架，它的上機(jī)架(2)和下機(jī)架(5)之間連接有立柱(3)，立柱(3)外套有應(yīng)力套(4)，應(yīng)力套(4)兩端分別嵌入上機(jī)架(2)及下機(jī)架(5)一定的長(zhǎng)度用以定位上機(jī)架(2)及下機(jī)架(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，其特征是所述的立柱(3)與上機(jī)架(2)和下機(jī)架(5)之間留有一定的間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，其特征是所述的連接立柱(3)的頂端有螺紋用以施加預(yù)應(yīng)力；在施加預(yù)緊力時(shí)，預(yù)緊用液壓螺母通過立柱頂端的螺紋拉伸連接立柱(3)，同時(shí)通過下壓上機(jī)架(2)而壓縮應(yīng)力套(4)，使連接螺母(1)與上機(jī)架(2)之間產(chǎn)生一定的間隙，進(jìn)而鎖緊連接螺母(1)，使應(yīng)力套(4)于連接立柱(3)之間產(chǎn)生大于矯直力的殘余應(yīng)力即預(yù)緊力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，所述的預(yù)緊力是矯直力的1.25～1.5倍。所述立柱的拉應(yīng)力的安全范圍，須滿足ΔL2－ΔL＞0的條件。所述的預(yù)應(yīng)力機(jī)架，它的上機(jī)架(2)和下機(jī)架(5)之間連接有立柱(3)，立柱(3)外套有應(yīng)力套(4)，應(yīng)力套(4)兩端分別嵌入上機(jī)架(2)及下機(jī)架(5)一定的長(zhǎng)度用以定位上機(jī)架(2)及下機(jī)架(5)。這種預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)方法，以便提高機(jī)架的整體剛度及機(jī)架的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B21D3/00GK1686631SQ20051004184
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者趙西韓, 趙永平, 曲洪德, 馬強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安重型機(jī)械研究所