Расчет оси колесной пары на выносливость

5.2. Расчет оси колесной пары на выносливость

Определение расчетных нагрузок.

Статическая нагрузка на шейку оси с учетом коэффициента использования грузоподъемности вагона

Коэффициент вертикальной динамики

Динамическая нагрузка:

От вертикальных колебаний кузова на рессорах

от центробежных сил в кривых

от силы ветра

Расчетная вертикальная нагрузка:

На левую шейку оси

на правую шейку оси

Ускорение буксового узла:

Левого

Правого

Ускорение левого колеса

Вертикальная сила инерции, действующая:

На левую шейку оси

на правую шейку оси

От левого колеса на рельс (на правом колесе Р_нк=0)

Вертикальная сила инерции массы средней части оси

Коэффициент горизонтальной динамики

горизонтальная сила, действующая от колесной пары на рельс, (рамная сила)

Вертикальная реакция рельса, действующая на левое колесо

на правое колесо

Вертикальная реакция действующая

На левую опору оси

на правую опору оси

Поперечная составляющая силы трения правого колеса о рельс

боковая сила

Изгибающий момент от инерционных сил, действующий в сечении

Под левой опорой оси

под правой опорой оси

Изгибающие моменты и напряжения в расчетных сечениях.

От расчетных нагрузок.

где W_I,W_II,W_III,W_IV – моменты сопротивления изгибу расчетных сечений оси.

Для круглого сечения

От статической нагрузки

Коэффициенты перегрузки оси

Максимальные

Минимальные

Для накатанных осей в сечении I-I 150 мН/м², в сечении II-II 150 мН/м², в сечении III-III 135 мН/м², в сечении IV-IV 180 мН/м².

Результаты расчета оси колесной пары на усталостную прочность приведены в табл. 5.3.

Значение коэффициента запаса усталостной прочности n находим по номограмме в зависимости от максимальных и минимальных значений коэффициента перегрузки оси [1, стр. 115].

Получили следующие значения запаса усталостной прочности:

n₁ = 2.5 > [n];

n₂ = 1.9 = [n];

n₃ = 2.5 > [n];

n₄ = 2.2 > [n];

Таким образом, во всех рассматриваемых сечениях оси получено n> [n], следовательно, образование трещин в осях будет наблюдаться не чаще, чем у надежно эксплуатируемых колесных пар, ось имеет повышенную долговечность, то есть срок службы больше или равен принятому сроку службы в расчетах.

Таблица 5.2.

Нагрузки, действующие на ось колесной пары.

Статическая нагрузка	Рст, кН	104,53
Коэффициент вертикальной динамики	Кд	0,32
Динамическая нагрузка: от вертикальных колебаний кузова от центробежных сил в кривых от давления ветра	Рд, кН Рц, кН Рв, кН	0,0327 0,0664 0,0558
Суммарная вертикальная нагрузка: для левой шейки оси для правой шейки оси	Р1, кН  Р2, кН	104,6 104,4
Ускорения буксовых узлов: левого правого	j1, доли j2, доли	3,31 0,209
Масса необрессоренных частей	mн, кг	361
Ускорение левого колеса	Jн, доли	2,89
Вертикальные инерционные нагрузки: для левой шейки оси для правой шейки оси для средней части оси со стороны левого колеса	Рн1, кН Рн2, кН Рнс, кН Рнк, кН	1,194 0,754 0,460 1,159
Коэффициент горизонтальной динамики	kг	0,13
Рамная сила	Н, кН	2,288
Вертикальная реакция: на левое колесо на правое колесо на левую опору оси на правую опору оси	Ра, кН  РЬ, кН  Рс, кН  Rd, кH	107,05 103,094 105,891 103,159
Сила трения правого колеса о рельс	Н2, кН	25,77
Боковая сила	Н1, кН	28,05
Изгибающий момент от инерционных сил: под левой опорой оси под правой опорой оси	Мл, кНм  Мп, кНм	13,242 12,24

Таблица 5.3.

Результаты расчета оси.

Изгибающие моменты, кНм:	МI  МII  МIII  МIV	10,0109 12,8674 39,65103 38,779
от расчетных нагрузок
от статической нагрузки	МI  МII  МIII-МIV	7,63069 10,453 23,8328
Моменты сопротивления, м3	WI-WII WIII WIV	0,000241 0,000582 0,000402
Напряжения, МПа:	sI sII sIII sIV	41,539 53,3917 68,1288 96,467
От расчетной нагрузки
от статической нагрузки	sI sII sIII sIV	31,662 43,37371 40,949 59,2855
Коэффициенты перегрузки оси:	aI aII aIII aIV	3,111968 3,111968 4,754204 4,77466
Максимальные
Минимальные	aI aII aIII aIV	2,602168 1,899583 2,142789 1,825388