Расчет оси колесной пары на прочность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кафедра "Муниципальный пассажирский транспорт"

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет оси колесной пары на прочность

по дисциплине:

"Конструкции и расчет электрической и механической части электрического транспорта"

САМАРА

2014



Введение

В курсовой работе выполняется расчет колесной пары на прочность. Для расчета необходимо определить максимальные нагрузки на ось, а именно действие статических нагрузок с учетом вертикальной динамики на ось колесной пары, действие боковых сил на ось колесной пары, действие инерционных нагрузок при экстренном торможении на ось колесной пары, действие дискового осевого тормоза с односторонним нажатием тормозных колодок на ось колесной пары и действие суммарных нагрузок. Нагрузки не должны превышать допустимых напряжения, которые для шейки оси колесной пары, принимают равными 1200 (кгс/см²), для остальных сечений оси: 1400 (кгс/см²).

ось нагрузка вагон кузов



1. Исходные данные

Тара вагона - (кгс),

Полный расчетный вес вагона при максимальной пассажирской нагрузке - (кгс),

Вес тележки - (кгс),

Вес оси колесной пары - (кгс),

Расстояние между центрами шеек оси - (мм),

Расстояние от центра тяжести вагона до пятника - (мм),

Диаметр колеса - (мм),

База вагона - (мм),

База тележки - (мм),

Высота центра тяжести тележки над плоскостью осей - (мм).

2. Расчетная часть

Расчет оси от действия статических нагрузок с учетом вертикальной динамики

Приняв статический прогиб упругого подвешивания (см) при конструктивной скорости (км/ч), коэффициент вертикальной динамики определяем по формуле:

, (2.1)

где - коэффициент, равный 0,10 для обрессоренных частей тележки вагона и 0,15 для необрессоренных;

- конструктивная скорость экипажа (75 км/ч - для трамвая);

- статический прогиб упругого подвешивания, может быть принят от 14 до 19 см.

Таким образом:

.

Нагрузка, приходящаяся на шейку оси колесной пары определяется по формуле:

, (2.2)

где: - число осей ходовой части вагона;

- коэффициент вертикальной динамики;

- вес колесной пары с буксами и редуктором, (кгс);

- статическая нагрузка, которая состоит из веса тары вагона и пассажиров при максимальной степени наполнения пассажирского салона.

Тогда, нагрузка, приходящаяся на шейку оси колесной пары будет равна:

(кгс).

Максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости при м определяется по формуле:

, (2.3)



где - нагрузка, приходящаяся на шейку оси колесной пары, (кгс);

- расстояние от середины шейки оси до середины круга катания колеса. Для трамвайных вагонах принимаем

Таким образом, максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости будет равен:

(кгм).

Расчет оси от действия боковых сил

Боковая сила, приходящаяся на ось, определится по формуле:

, (2.4)

где - суммарная боковая сила, действующая на вагон от центробежных и ветровых нагрузок, (кгс);

- число осей ходовой части вагона;

- коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки на ось за счет трения между ребордой колеса и головкой рельса при вписывании вагона в кривую, в расчете принимается равным 1,2;

- статическая нагрузка, которая состоит из веса тары вагона и пассажиров при максимальной степени наполнения пассажирского салона, (кгс).

Тогда, боковая сила, приходящаяся на ось составит:

(кгс).



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

, (2.5)

где - расстояние от центра тяжести вагона до оси, (м);

- боковая сила, приходящаяся на ось, (кгс);

- расстояние между центрами шеек осей, (м).

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

(м), (2.6)

где - координата центра тяжести кузова вагона до плоскости пятников, (м);

- диаметр колеса, (м).

Тогда:

(м).

Таким образом, нагрузка на шейку оси от перераспределения веса вагона при действии боковой силы будет равна:

(кгс).



Максимальный изгибающий момент под опорой оси реакции рельса определяется по формуле:

, (2.7)

где - нагрузка на шейку оси от перераспределения веса вагона при действии боковой силы, (кгс);

- коэффициент, равный 0,10 для обрессоренных частей тележки вагона и 0,15 для необрессоренных.

Тогда максимальный изгибающий момент под опорой оси реакции рельса составит:

(кгм).

Изгибающий момент в том же сечении от боковой реакции рельса составит

, (2.8)

где - боковая сила, приходящаяся на ось, (кгс);

- диаметр колеса, (м).

(кгм).

Расчет оси от действия инерционных нагрузок при экстренном торможении



Инерционная сила от массы кузова определяется по формуле:

ось нагрузка вагон кузов

, (2.9)

где - вес кузова с пассажирами; (кгс);

- вес тележки, (кгс);

- статическая нагрузка, которая состоит из веса тары вагона и пассажиров при максимальной степени наполнения пассажирского салона, (кгс);

- замедление, (м/c).

Замедление для вагонов, оборудованных рельсовым электромагнитным тормозом, можно принять равным 33,5 м/c.

Тогда инерционная сила кузова составит:

(кгс).

Вертикальная нагрузка на шейку оси колёсной пары от инерционных сил кузова определяется по формуле:

, (2.10)

где - база вагона, (м);

- инерционная сила кузова, (кгс);

- число осей тележки;

- расстояние от центра тяжести вагона до пятника, (м);

- расстояние от плоскости пятников до оси колесной пары, (м);

- база тележки, (м).

Таким образом, вертикальная нагрузка на шейку оси составит:

(кгс).

Инерционная нагрузка от массы тележки определяется по формуле:

, (2.11)

где - инерционная сила кузова, (кгс);

- вес тележки, (кгс);

- вес кузова с пассажирами; (кгс).

Тогда, инерционная нагрузка от массы тележки будет равна:

(кгс).

Вертикальная добавка на шейку оси от инерционных сил тележки определяется по формуле:

, (2.12)

где - расстояние от центра тяжести тележки до плоскости осей колесных пар, (м); - инерционная нагрузка от массы тележки, (кгс); - база тележки, (м).



Тогда, вертикальная добавка на шейку оси от инерционных сил тележки будет равна:

(кгс).

Суммарная нагрузка на шейку оси колесной пары от действия инерционных сил будет равна:

(кгс). (2.13)

Максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости определяется по формуле:

, (2.14)

где - суммарная нагрузка на шейку оси колесной пары от действия инерционных сил, (кгс); - коэффициент, равный 0,10 для обрессоренных частей тележки вагона и 0,15 для необрессоренных.

Таким образом, максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости будет равен:

(кгм).

Расчет оси от действия дискового осевого тормоза с односторонним нажатием тормозных колодок. Примем расстояние от центра приложения равнодействующих сил трения до оси равным мм. Тогда тормозная сила определится по формуле:



, (2.15)

где: - коэффициент сцепления колеса с рельсом. В расчетах может быть принят равным 0,250,3;

- число осей ходовой части вагона;

- сила сцепления, (кгс).

Таким образом, тормозная сила составит:

(кгс).

Максимальный изгибающий момент в горизонтальной плоскости от сил определяется по формуле:

, (2.16)

где: - тормозная сила, (кгс);

- коэффициент, равный 0,10 для обрессоренных частей тележки вагона и 0,15 для необрессоренных.

Тогда, максимальный изгибающий момент в горизонтальной плоскости от сил будет равен:

(кгм).

Равнодействующая сил трения равна:

(2.17)



где: ;

(кгс).

Крутящий момент М_т в средней плоскости оси равен

(2.18)

где: - равнодействующая сил трения, (кгс);

- расстояние от центра приложения равнодействующих сил трения до оси.

(кгм).

Расчет оси на суммарные нагрузки

Наибольший момент ось колесной пары испытывает в подступичной части.

По аналогии с осью колесной пары вагонов МТВ примем диаметр оси в этом сечении d = 128 мм.

Момент сопротивления изгибу будет равен:

. (2.19)

где: -диаметр оси колёсной пары, (кгс).



(см).

Момент сопротивления кручению равен:

. (2.20)

где: -диаметр оси колёсной пары.

(см).

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

действующее напряжение при изгибе в вертикальной плоскости

(2.21)

где: - суммарный максимальный изгибающий момент в вертикальной плоскости,

W- момент сопротивления изгибу.

(кгс/см²).

действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости



(2.22)

где: - максимальный изгибающий момент в горизонтальной плоскости,

W- момент сопротивления изгибу.

(кгс/см²).

действующее напряжение при кручении

(2.23)

где: - максимальный крутящий момент,

W- момент сопротивления изгибу.

(кгс/см²).

Эквивалентное напряжение в сечении составит:

(2.24)

где: - действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости, действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости, действующее напряжение при кручении .



(кгс/см²).

Допускаемое напряжение для шейки оси колесной пары принимается равным 1200 (кгс/см²), для остальных сечений оси: 1400 (кгс/см²). Следовательно полученное напряжение не превышает допустимых значений. Ось колёсной пары в опасном сечении проходит по условиям прочности, но имеет почти двойной запас прочности по допускаемым напряжениям. Следовательно, может быть облегчена за счёт уменьшения диаметра.

Расчет оси колёсной пары на усталость:

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

. (2.25)

где: - диаметр оси колёсной пары.

(кгс/см²).

действующее напряжение при изгибе в вертикальной плоскости

(кгс/см²). (2.26)

где: - суммарный изгибающий момент в вертикальной плоскости,

W- момент сопротивления изгибу.



(кгс/см²).

действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости

(2.27)

где: - суммарный изгибающий момент в горизонтально йплоскости,

W- момент сопротивления изгибу.

(кгс/см²).

действующее напряжение в переходном сечении

(2.28)

где: - действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости,

действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости.

(кгс/см²).

Используя таблицу, находим пределы усталости нормальних образцов (кгс/см²).

По отношению радиуса галтели r к диаметру шейки оси d:



,

определяем значение .

По отношению диаметров предступичной части D шейки оси d:

,

Находим значение .

Значение коэффициента концентрации напряжений образца :

. (2.29)

Коэффициент концентрации напряжений оси в расчётном сечении

Предел усталости оси при изгибе :

(2.30)

где: -предел усталости ,

коэффициент концентрации напряжений оси в расчётном сечении.

Запас усталости при изгибе :



(2.31)

где: -предел усталости ,

эквивалентное напряжение.

Минимальным допустимым запасом прочности является величина

Расчётное сечение оси не проходит по запасам прочности. Необходимо увеличить диаметр оси в опасном сечении. Принимаем

Момент сопротивления изгибу

Действующие напряжения :

действующее напряжение при изгибе в вертикальной плоскости

(2.32)

где: - суммарный изгибающий момент в вертикальной плоскости,

W- момент сопротивления изгибу.

(кгс/см²).



действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости

(2.33)

где: - суммарный изгибающий момент в горизонтальной плоскости,

W- момент сопротивления изгибу.

(кгс/см²).

действующее напряжение в переходном сечении

(2.34)

где: - действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости,

действующее напряжение при изгибе в горизонтальной плоскости.

(кгс/см²).

Таким образом запас прочности :

. (2.35)

где: -предел усталости ,

эквивалентное напряжение.



Вывод: Расчётное сечение оси проходит по усталости.

Заключение

В результате расчетов были определены нагрузки, действующие на ось колесной пары и сделан вывод о том, что расчетная нагрузка не превышает допустимого значения. Ось колесной пары в опасном сечении проходит по условиям прочности, и имеет запас прочности равный 1,7 по допускаемым напряжениям. С учетом рассчитанных нагрузок выполнено построение эпюр изгибающих моментов, из которых видно, что наибольший изгибающий момент от рассчитанных нагрузок действует в подступичной части левого колеса.

Размещено на Allbest.ru