Расчёт оси колёсной пары на прочность и усталость

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

  ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ  ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Муниципальный пассажирский транспорт»

Курсовая  работа  

«Расчёт оси колёсной пары на прочность

и усталость »

Вариант № 2.

                                                                         Выполнил: студент 2006-ЭТг-6261

                                                                                                        Харошкин И.В.      

                                                                         Проверил:     Шищенко Е.В.    

Самара 2010г.

Исходные данные:

Тара вагона                                                                         G_т =16650  кгс.

Полный вес вагона   (при  a= 10)                                      G=31150  кгс .

Вес тележки                                                                        G_тел=4500 кгс.

Вес оси колёсной пары                                                      G_о=900 кгс.

Расстояние между шейками оси                                       l_p= 1884 мм.

Диаметр колеса                                                                   D_к=780 мм.

База вагона                                                                           Б=7150 мм.

База тележки                                                                         Б_т=1950 мм.

Высота центра тяжести над плоскостью осей                  h"_т= 100мм.

Введение:

    К выбору параметров осей колесных пар предъявляются высокие требования. От результатов расчета во многом зависит надежность работы всей системы. Оси колесной пары являются связующим звеном между движущимся экипажем и рельсами. Они поддерживают экипаж и передают силы, обеспечивающие его ускорение и замедление. Практических способов резервирования осей колесных пар нет, поэтому выход из строя одной из них обычно приводит к тяжелым последствиям.

                Последствия эти: сходы подвижного состава с рельс, большие простои на линии, потеря рейтинга как перевозчика у пассажиров, финансовые потери от недоперевозок.

               Одна и та же деталь конструкции может оказаться поврежденной по двум причинам: из-за эксплуатационных нагрузок или в связи с недостаточной прочностью самой детали. Нагрузка на ось колесной пары зависит от величины действующей силы и числа циклов ее приложения, что, в свою очередь, определяется планом и профилем линии, а также концепцией ходовой части.

Расчёт:

Расчёт оси колёсной пары на прочность.

              а) Расчёт оси от действия статических нагрузок

с учётом вертикальной динамики

            Приняв статический прогиб упругого подвешивания f_ст= 18 см при конструктивной скорости v= 75 км/ч, коэффициент вертикальной динамики равен

             Нагрузка, приходящаяся на шейку оси колёсной пары равна

         Эпюра изгибающих моментов показана на рис. 1. Максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости при a= 0,150 м равен

.

б) Расчёт оси от действия боковых сил.

       Боковая сила, приходящаяся на ось, определится

.

 при k_H=1.2

         Нагрузка на шейку оси от перераспределения веса вагона при действии боковой силы подсчитывается по формуле:

        Расстояние от центра тяжести до плоскости оси может быть ориентировочно подсчитано по формуле

.

       Тогда

.

          Максимальный изгибающий момент под опорой оси равен

.

          Изгибающий момент в том же сечении от боковой реакции рельса составит

.

              в) Расчёт оси от действия инерционных  нагрузок

при экстренном торможении

Инерционная сила кузова равна

Вертикальная нагрузка на шейку оси от этой силы составит

      Инерционная нагрузка от массы тележки составит

       Вертикальная добавка на шейку оси от инерционных сил тележки будет

       Суммарная нагрузка на шейку оси колёсной пары от действия инерционных сил равна

        Максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости составит

г) Расчёт оси от действия дискового осевого тормоза

с односторонним нажатием тормозных колодок

        В соответствии с принятой схемой тележки дисковый тормоз будет расположен в средней части оси колёсной пары. Из конструктивных соображений (диаметр колеса, диаметр тормозного диска, клиренс, размеры тормозной накладки) принимаем расстояние от центра приложения равнодействующей сил трения Т_к до оси равным r_н= 155 мм. Расстояние между серединами кругов катания колёс принимаем l=1580 мм.

        Тогда тормозная сила В_Т будет равна

        Максимальный изгибающий момент в горизонтальной плоскости от сил В_Т равен

.

       Равнодействующая сил трения Т_К равна

.

       Крутящий момент М_К в средней плоскости оси равен

д) Расчёт оси на суммарные нагрузки.

       Эпюры изгибающих и крутящих моментов от действующих нагрузок и результирующие эпюры изображены на рис.1.

       Наибольший момент ось колёсной пары испытывает в подступичной части. Проверке подвергаются сечения по шейке оси, в сечении по кругу катания колёс, в сечении по тормозному диску и во всех сечениях при переходе от одного диаметра оси к другому. В качестве примера  рассмотрим наиболее нагруженное сечение подступичной части оси по кругу катания левого колеса.

       По аналогии с осью колёсной пары вагонов МТВ-82 примем диаметр оси в этом сечении d=128 мм. Момент сопротивления изгибу будет равен

.

      Момент сопротивления кручению

.

      Действующие напряжения при изгибе и кручении в соответствующих плоскостях определяются по формулам:

;

;

.

     Эквивалентное напряжение в сечении равно

     Ось колёсной пары проходит по условиям прочности, но имеет почти двойной запас прочности по допускаемым напряжениям. Следовательно, ось может быть облегчена за счёт уменьшения диаметров или замены на пустотелую. Соответствующий конструктивный расчёт оси может быть проведён с использованием тех же формул.

Расчёт оси колёсной пары на усталость.

      Выполним расчёт на усталость оси колёсной пары применительно к нашему примеру. В качестве расчётного примем сечение по галтели в месте перехода от предподступичной части к шейке оси.

      Принятые параметры оси для этого участка и эпюры изгибающих моментов в расчётном сечении изображены на рис.2

       Момент сопротивления изгибу и действующие напряжения в переходном сечении оси будут равны:

.

.

.

.

       Используя таблицу методических указаний, находим пределы усталости нормальных образцов [σ_-1]_о=17002100 кгс/см².

       Определим коэффициенты концентраций напряжения при изгибе.

       По отношению радиуса галтели r к диаметру шейки оси d

,

определяем значение (k_σ)_о2=1,1,

        по отношению диаметров предподступичной части D шейки оси в

Находим значение v_σ=0,63.

       Значение коэффициента концентрации напряжений образца равно

.

      Масштабные факторы будут иметь значения ; ;

, а коэффициент, характеризующий влияние чистоты поверхности на концентрацию напряжений, . В проверяемом сечении ось имеет шлифованную поверхность.

     Коэффициент концентрации напряжений оси в расчётном сечении равен

     Предел усталости оси при изгибе будет иметь значение

     Запас усталости при изгибе равен

      Допустимым запасом прочности считается величина n=1,7. Следовательно, расчётное сечение оси проходит по усталости.

    ВЫВОД:при заданных исходных данных проведён расчёт оси колёсной пары на прочность и усталость. Ось колёсной пары проходит по условиям прочности а также имеет почти двойной запас прочности по допускаемым напряжениям. Расчётное сечение оси проходит также по усталости.

Литература