Материал: Расчет оси колесной пары на прочность

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.