Расчет передаточного числа рычажной передачи вагона

7. Расчет передаточного числа рычажной передачи вагона

 

Передаточным числом рычажной передачи называется отношение теоретической величины суммы сил нажатия тормозных колодок вагона к силе давления сжатого воздуха на поршень тормозного цилиндра

n = (K_доп·m_в)/(Р_шт·η_рп),(7.1)

где Р_шт - усилие по штоку тормозного цилиндра, кН;

η_рп -КПД рычажной передачи, принимаем 0,80.

Величина усилий по штоку тормозного цилиндра определяется

Р_шт = πd²_тцP_тц·η_тц /4 – (F₁ + F₂ + L_шт·Ж),(7.2)

где η_тц - коэффициент, учитывающий потери на трение поршня о стенки тормозного цилиндра, который равен 0,98;

F₁ - усилие оттормаживающей пружины в отпущенном состоянии, 1500-1590 Н, принимаем 1580 Н;

F₂ - усилие пружины бескулисного автоматического регулятора рычажной передачи, приведенное к штоку тормозного цилиндра, которое принимается равным 300 - 1500 Н при рычажном приводе и 2000 – 2500 Н при стержневом;

Ж - жесткость отпускаемой пружины тормозного цилиндра, 6540 Н/м.

Р_шт = 3,14·0,356²·0,43·10⁶·0,98 /4 – (1545 + 1000 + 0,175·6540) = 20 кН

n = (26,1·16)/(0,95·20) = 23,5

8. Определение размеров плеч рычагов рычажной передачи

Для принятой схемы рычажной передачи передаточное число определяется из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов

n = m·(а·б/в·г)cosα, (8.1)

где α - угол действия силы нажатия тормозной колодки на колесо, принимается равным 10^о.

а, б, в, г - размеры плеч рычагов, в = г = 230 мм, а + б = 650 мм.

23,5 = 8а/(650 –а)·(230/230)·0,985

а = 487 мм б = 163 мм

Рисунок 8.1 – Схема рычажного привода авторегулятора

Расстояние между упором привода и корпусом регулятора

А = n·к·(б-с/d-c) – m_г(8.2)

где к – величина зазора между колесом и колодкой, к = 0,01м;

m_г – величина конструктивных зазоров между деталями рычажной передачи,

m_г = 0,009 м.

Размер с определяется из соотношения

F₂ = (F_p + Ж_р·L_p)·(б/а – с/а·(l + d)/а)(8.3)

где F₂ - усилие предварительного натяга пружины авторегулятора, Н

(F_p = 2000 Н);

Ж_р - жесткость пружины регулятора, Н/м (Ж_р = 1500 Н/м);

L_р - величина сжатия пружины регулятора при торможении, м

(для 8^ми-осных вагонов при чугунных колодках L_р = 0,015 м);

а, б, с, d, l – размеры плеч горизонтального рычага и рычажного привода регулятора, м.

1000 = (2000 + 1500·0,015)·(0,163/0,487 – (с/0,487)·(0,65/0,487)),

с = 0,055 м = 55 мм ,

d = 542 мм ,

l = 108 мм.

А = 23,5·0,01·(0,163 – 0,055)/(0,542 + 0,055) – 0,009 = 34 мм

9. Определение размеров поперечных сечений элементов рычажной передачи

Усилие на штоке поршня тормозного цилиндра определяется

Р_шт = πd²_тцP_тц·η_тц /4 – (F₁ + L_шт·Ж),(9.1)

Р_шт = 19,7 кН

Определяем силы действующие на рычажную передачу

Р_шт = Р₁ ,

Р₂ = Р₁(а +б) /б = 19,7·(487 + 163)/163 = 78,6 кН(2.27)

Р₃ = Р₁ (а / б) = 19,7 (487 / 163) = 58,9 кН, (9.2)

Р₄ = Р₃ (m / 2m) = 29,45 кН(9.3)

Р₅ = Р₄(в + г / г) = 58,9 кН(9.4)

Р₆ = Р₄ = 29,45 кН(9.5)

Определив значения сил, действующих на шарнирные соединения, рассчитываем валики на изгиб.

Валики шарнирных соединений рычажной передачи рассчитываем на изгиб по формуле

σ = P₁/(0,4·d³·10³)·(b – a/2) < [σ] ,(9.6)

где Р – расчетная нагрузка на валик, кН;

d – диаметр валика, м. Принимаем d = 0,04 м;

b – расстояние между серединами опор, м;

а – длина поверхности передающей нагрузку, м;

[σ] – допускаемые напряжения при изгибе, МПа. Все детали тормозной рычажной передачи изготовлены из стали 5, принимаем по [1] (табл. 9.1) [σ] = 160 МПа.

Рисунок 9.1 – Расчетная схема шарнирного соединения

b = а + 15 = 25 + 15 = 40 мм.(9.7)

σ = 57/(0,4·0,04³·10³)·(0,04 – 0,025/2) = 61 МПа < [σ]

Условие выполняется, прочность валика на изгиб обеспечена.

Тяги рычажной передачи рассчитываются на растяжение.

[σ] = P₂·4/(π·d²_т·10³) < [σ], (9.8)

где Р – усилие передаваемое на тягу, кН;

d_т – диаметр тяги, м. Принимаем d_т = 0,022 м.

[σ] = 57·4/(3,14·0,022²·10³) = 150 МПа< [σ]

Условие выполнено, прочность тяги обеспечена.

Проушины тяги рассчитываются на смятие и срез. Напряжение смятия и среза определяется по формуле

σ _см = 4·Р₃/(π·t·d₁·10³) < [σ _см],(9.9)

τ_ср = Р₃/(2·t·h·10³) < [τ_ср](9.10)

где Р – усилие смятия (среза) действующее на проушину, кН;

t – толщина проушины, м;

d₁ – диаметр отверстия проушины, м;

h – высота сечения проушины по линии среза, м; принимаем

h = R – d₁/2(9.11)

где R – радиус наружного очертания пружины, м.

Принимаем t = 0,015 м; d₁ = 0,04 м; R = 0,0375 м; [σ _см] = 170МПа; [τ_ср] = 95 МПа.

h = 0,0375 – 0,04/2 = 0,0175 м

σ _см = 4·28,5/(3,14·0,015·0,04·10³) = 62 МПа < [σ _см],

τ_ср = 28,5/(2·0,015·0,0175·10³) = 55 МПа < [τ_ср].

Условия выполнены, прочность проушины обеспечена.

Рычаги также рассчитываем на изгиб. Напряжения при изгибе определяются по формуле

σ _изг = М_и/W_x < [σ _изг],(9.12)

где М_и – изгибающий момент в сечении среднего шарнира рычага, Н·м;

W_x – момент сопротивления сечения, м³.

Рисунок 9.2 – Горизонтальный рычаг

W_x = 2·h/6·H·(H³ – d³) ,(9.13)

где Н – ширина рычага, Н = 0,18 м;

d – диаметр валика, d = 0,04 м;

h – толщина рычага, h = 0,015 м.

W_x = 2·0,015/6·0,18·(0,18³ – 0,04³) = 1,6·10^-4 м ³.

Изгибающий момент в сечении среднего шарнира рычага определяется по формуле

М_и = Р_шт·а = 57·0,251 = 14,3 кН·м, (9.14)

σ _изг = 14,3/1,6·10^-4 = 89 МПа < [σ _изг] = 160 МПа.

Прочность рычага обеспечена.

Рассчитываем вертикальный рычаг на изгиб

Рисунок 9.3 – Вертикальный рычаг

По формуле (9.32) определяем момент сопротивления сечения

W_x = 2·0,015/6·0,16·(0,16³ – 0,04³) = 1,26·10^-4 м³.

Находим изгибающий момент

М_и = Р_шт·b = 57·0,249 = 14 кН·м ,(9.15)

σ _изг = 14/1,26·10^-4 = 111 МПа < [σ _изг] = 160 МПа.

Прочность вертикального рычага на изгиб обеспечена.

Затяжка горизонтальных рычагов проектируется из условия ее вписывания в габаритные размеры тормозного цилиндра.

Рисунок 9.4 – Схема вписывания затяжки горизонтальных рычагов в габариты тормозного цилиндра

Зазор х, обозначенный на рисунке 9.7, находится

х = 251 – (200 + 50) = 1 мм.

Свободное вписывание затяжки обеспечено.

Так как данная затяжка выполнена без изгиба, то расчет производится только на сжатие. Напряжение при сжатии

σ_сж = Р₁/(Н·h) ,(9.16)

где Н – ширина затяжки, м;

h – толщина затяжки, м;

Р – сила, действующая на затяжку, Н;

σ_сж = 57/(0,1·0,025) = 23 МПа < [σ_сж] = 160 МПа.

Прочность затяжки горизонтальных рычагов обеспечена.