Определение эквивалентных нагрузок, действующих на подшипник

Все радиальные усилия F_r , действующие на подшипник и осевые усилия F_a, возникающие при движении вагона, приводятся к условной эквивалентной нагрузке, определяемой по формуле

, (7.2)

где X, Y, K_T, K_Б – коэффициенты, определяемые в соответствии со справочником [1]: "Подшипниковые узлы современных машин и приборов" /Носов В.Б., Карпухин И. М., Федотов Н.Н. и др. – М.: Машиностроение, 1997.– 640 с.

При этом

X, Y – коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузки (см. нормативную документацию);

V – коэффициент вращения; коэффициент выбирается от того, какое кольцо подшипника неподвижно; для вагонных букс неподвижным по отношению к нагрузке является наружное кольцо подшипника, соответственно V = 1;

K_T – температурный коэффициент, выбираемый по нормативной документации;

К_Б – коэффициент динамической безопасности (см. нормативную документацию).

У роликовых радиальных подшипников вагонных букс упорные бурты одного из колец, как правило внутреннего, отсутствуют. Поэтому для них используют формулу

(7.3)

Динамическая эквивалентная осевая нагрузка для шариковых и роликовых упорно-радиальных подшипников

(7.4)

Аналогично для шариковых и роликовых упорных подшипников

(7.5)

Средние постоянные величины нагрузок

При эксплуатации вагона он может перемещаться как с грузом, так и без него. Нагрузка на элементы буксы при этом различная, т.е. являет переменной величиной. При проведении расчетной проверки долговечности буксы нагрузка условно принимается постоянной. При этом величина нагрузки выбирается так, что ее воздействие на буксу эквивалентно воздействию фактической переменной нагрузке. Средняя постоянная нагрузка определяется при этом по формуле

, (7.6)

где k – число возможных значений радиального усилия F_r, возникающих при эксплуатации;

F_ri, i =1, 2,…, k – значения усилий F_r при эксплуатации;

P_i, i =1, 2,…, k – повторяемость соответственно нагрузок F_i, выраженная в долях единицы. При вычислении средних усилий, возникающих при эксплуатации вагонных букс принимают k = 2. При этом

– для универсальных грузовых вагонов p₁ = 0,7 – доля эксплуатации вагона в режиме полной нагрузки;

p₁ = 0,3 – то же в порожнем режиме.

– для специализированных грузовых вагонов p₁ = p₂ = 0,5;

– для пассажирских вагонов p₁ = 1; p₂ = 0.

Величины F_r1 и F_r2 определяют при этом по вышеприведенным формулам.

При подсчете динамической эквивалентной осевой нагрузке также рассматриваются два режима:

• Режим извилистого движения вагона в прямых участках;

• Режим движения в кривых участках пути.

Принимается, что число левых и правых поворотов вагона в кривых участках одинаково. Принимается также, что каждая сторона буксы испытывает нагрузку, как на прямых участках пути, так и на кривых. Это связано с тем, что упираться в предподступичную часть вагонной оси может одновременно лишь одна из двух букс (точнее, один из подшипников, размещенных в буксе), соответствующих одной колесной паре. Ветровая нагрузка при подсчете осевых усилий F_а не учитывается как несущественная.

С учетом сказанного для величин коэффициентов повторяемости осевых нагрузок принимается:

p₁ = 0,75/2 = 0,375; p₂ = 0,25/2 = 0,125.

Аналогично для осевых сил F_i, i = 1,2

– при движении по прямым участкам пути ;

– при движении по кривым участкам ,

где Н_ц – центробежная сила, действующая со стороны наружного рельса кривого участка на колесо, вагонную ось и, соответственно на внутреннее кольцо подшипника вагонной буксы. При этом осевое усилие передается через ось колесной пары на подшипник буксы, расположенной на стороне вагона, соответствующей внутреннему рельсу кривого участка пути.

Цилиндрические роликовые подшипники, принимаемые в типовых буксах, рассчитывают только на радиальные нагрузки – упорные бурты внутреннего кольца роликовых подшипников, как правило, отсутствуют. Поэтому для них используется формула (7.3). Шариковые радиальные, радиально упорные и упорные подшипники букс скоростных поездов воспринимают только осевые нагрузки. Поэтому для них используют формулу (7.5).

Для роликовых радиально-упорных конических и самоустанавливающихся подшипников определяющим параметром является угол контакта α. При этом α определяется как угол между нормалью к поверхности контакта ролика и плоскостью, перпендикулярной оси подшипника. Коэффициенты X, Y, входящие в формулы (7.2), (7.4) вычисляются при этом с помощью соотношений:

– для однорядных подшипников

X = 1; Y= 0 при ;

X = 0,4; Y = 0,4 · ctgα при ;

– для двухрядных подшипников

X = 1 Y = 0,45 · ctgα при ;

X = 0,67 Y = 0,67 · ctgα при ,

где е = 1,5 · tgα.

В случае вагонных букс V = 1, так как вращается относительно нагрузки внутреннее кольцо подшипника. Величина коэффициенты безопасности K_Б принимается равной:

– для подшипника с упругими дистанционных кольцами – K_Б =1,3;

– для подшипниками без дистанционных колец K_Б =1,4.

Температурный коэффициент во всех выше приведенных формулах для расчета усилий определяется равенством K_T = 1.