5. Расчет оси колесной пары

Ось колесной пары вагона работает в режиме знакопеременных деформаций. Число циклов нагружения за срок службы весьма велико, а нагруженность носит вероятностный характер. В последние годы условия работы вагонов становятся все более тяжелыми, повышается скорость движения поездов, повышаются осевые нагрузки, появляются новые конструкции тележек. Таким образом, расчет оси на усталостную прочность производится по критериям теории вероятности и математической статистики. Для этого необходимы кривые распределений амплитуд и напряжений, а также функции статического распределения пределов выносливости оси в ее расчетных сечениях.

Расчет производится с учетом нестационарности режима нагружения оси колесной пары. Критерием оценки прочности принимается величина коэффициента запаса прочности оси, но отношению к ее пределу усталости. Схема приложения сил и опорных моментов к оси колесной пары приведена на рис 5.1.

Схема приложения сил и опорных моментов к оси колесной пары.

Рис. 5.1.

5.1. Определение коэффициента запаса прочности оси

Коэффициент запаса прочности оси показывает во сколько раз предел усталостной прочности оси по износу больше приведенных напряжений в расчетном сечении. Оценка прочности производится по следующим расчетным сечениям (см рис. 5.2):

Схема приложения сил и опорных моментов к оси колесной пары.

Рис. 5.2

I - по шейке оси в плоскости внутренней кромки заднего подшипника;

II - по шейке оси в плоскости начала задней галтели;

Ш - по подступичной части оси в плоскости круга катания колеса;

IV - в средней части оси.

Условие прочности оси:

n  [n],

,

где n - коэффициент запаса прочности оси по отношению к пределу ее усталости;

[n] - допустимый коэффициент запаса прочности оси.

Рекомендуемый запас прочности оси для нового грузового вагона [n] = 1,9 - 2,1.

Исходные данные для расчета оси сведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Исходные данные для расчета оси колесной пары

Масса вагона брутто mбр, кг	176000
Число осей в вагоне m0, шт	8
Высота центра тяжести вагона над уровнем осей колесных пар hц, м	1,85
Расчетная скорость v, м/с	33,3
Масса половины боковой рамы тележки mр, кг	195
Масса колесной пары mкп, кг	1200
Масса колеса mк, кг	400
Масса буксы и связанных с ней необрессоренных масс mб, кг	113
Масса консольной части оси до круга катания mш, кг	53
Масса средней части оси между кругами катания mс, кг	319
Масса необрессоренных частей жестко связанных с шейкой оси, включая саму шейку m = mр + mш + mб , кг	361
Удельное давление ветра на боковую поверхность кузова W, Н/м2	500
Непогашенное ускорение в кривой jц, м/с2	0,7
Коэффициент трения колеса о рельс при скольжении в поперечном направлении .	0,25
Коэффициент, учитывающий восприятие сил инерции диском колеса за счет ее упругости .	0,7
Коэффициент использования грузоподъемности вагона .	1
Статический прогиб рессорного подвешивания вагона fст, м	0,05
Радиус колеса r, м	0,475
Диаметр шейки оси d1, м	0,135
Диаметр подступичной части оси d2 м	0,194
Диаметр средней части оси d3, м	0,165
Расстояние между серединами шеек оси 2b2, м	2,036
Расстояние между кругами катания колес 2s, м	1,58
Расстояние от середины шейки оси до круга катания колес 12, м	0,228
Расстояние от середины шейки оси до задней галтели шейки 13,м	0,1
Расстояние от середины шейки оси до внутренней кромки заднего роликового подшипника 16, м	0,073
Расстояние от середины оси до равнодействующей сил инерции средней части оси 17, м	0,263