Использование пакета АПМ для расчета оси колесной пары и зубчатого редуктора тепловоза ТЭП 60

МПС РФ

Московский государственный университет путей сообщения

(МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства

Кафедра: «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Курсовая работа

на тему:

«Использование пакета АПМ для расчета оси колесной пары и зубчатого редуктора тепловоза ТЭП 60»

Выполнил:

студент группы ТЛТ-341

Даричева Л. И.

Консультант:

доцент

К.Г. Михаилиди

2004

Содержание

             Введение

1 Расчет оси колесной пары тепловоза ТЭП 60

1.1  Условие и цель задачи

1.2  Чертеж оси колесной пары

1.3     Аналитический расчет прикладываемых нагрузок и моментов

1.4     Результаты расчета на прочность

1.4.1  Суммарные напряжения

1.4.2  Зависимость коэффициента по усталостной прочности от длины оси       

 колесной пары

 1.5     Выводы по расчету оси колесной пары

2   Расчет зубчатого редуктора                                                  

2.1     Условие и цель задачи

2.2     Результаты расчетов

2.2.1  Основные геометрические параметры

2.2.2  Силы, действующие в зацеплении

2.2.3  Толщина зуба по хорде

2.2.4   Чертеж зубчатого колеса

2.3     Выводы по расчету зубчатого редуктора

Введение

    Прикладной пакет  «Автоматическое проектирование машин» (АПМ) позволяет проводить расчеты узлов и деталей локомотивов с отображением основных зависимостей и распределений нагрузок за короткие сроки, что является актуальной проблемой на сегодняшний день. Например, этот пакет позволяет произвести расчеты осей колесных пар локомотивов, валов редукторов, турбокомпрессоров, дизелей, других энергетических машин и установок; наглядно представить график изменения напряжений, угла закручивания, моментов кручения и других величин по длине рассчитываемого элемента. Данный пакет может широко использоваться при проектировании новых механизмов, машин и локомотивов.

1 Расчет оси колесной пары

1.1  Условие и цель задачи

На листе бумаги формата А4 отобразить полученные при расчете графики изменений по длине оси:

-  Момента кручения -

-  Угла закручивания -

-  Суммарных напряжений -  (Рис.2.);

-  Коэффициента запаса по выносливости (усталостной прочности) -  (нормируемый коэффициент запаса по выносливости 1,9 для шейки оси и 1,3 для средней части) (Рис.3.);

Где Z – координата рассматриваемого поперечного сечения вала. 

 Программа работы:

Необходимо произвести с помощью ППП АПМ:

-  вычерчивание оси колесной пары (рис.1.);

-  размещение опор;

-  приложение сил;

-  приложение крутящих и изгибающих моментов.

Величины приложенных к оси колесной пары сил и моментов вычисляются для каждого из вариантов задания исходя из заданной осевой нагрузки 2П (). При этом можно пользоваться приближенными зависимостями для вычисления нагрузок:

   где  - боковая сила;  - рамная сила;

 - сила трения;

 - коэффициент сцепления, ;

 - радиус бандажа, .

1.2 Чертеж оси колесной пары

На рисунке 1. Представлена ось колесной пары тепловоза ТЭП 60

Ось колесной пары тепловоза ТЭП 60

Рис. 1.

1.3 Аналитический расчет прикладываемых нагрузок и моментов

Необходимо задавшись материалом, из которого изготовлена ось, выполнить общий расчет оси под действием заданных нагрузок.

Принимаем для расчета конструкционную сталь марки Ст 50

Тепловоз ТЭП 60, осевая нагрузка 2П = 22 тс.

Рассчитываем рамную силу:

;

Рассчитываем силу трения:

;

Рассчитываем боковую силу:

;

Рассчитываем изгибающий момент на наружном колесе:

Рассчитываем изгибающий момент на внутреннем колесе:

Сила тяги при скорости 50 км/ч на ось;

Момент кручения при скорости 50 км/ч:

Число оборотов при скорости 50 км/ч:

1.4 Результаты расчета

В связи с особенностями конструкции оси колесной пары тепловоза ТЭП 60 изгибающий момент непосредственного влияния на ось не оказывает, следовательно момент кручения и угол закручивания на графиках отсутствует.

1.4.1 Суммарные напряжения

Суммарные напряжения

Рис. 2.

1.4.2 Зависимость коэффициента по усталостной прочности от длины оси колесной пары

Коэффициент запаса по выносливости (усталостной прочности)

Рис. 3.

1.5 Выводы по расчету оси колесной пары

       По результатам расчета (рис.2) видно, что напряжение на оси достигает максимального значения в месте перехода (в галтели) части оси под МОП и средней части оси и составляет, приблизительно, 1060 МПа, в то время, как допустимое значение напряжений составляет 1080 МПа. Следовательно, данная ось удовлетворяет условию расчетам по максимально-допустимым напряжениям и может эксплуатироваться.

          Из  рисунка 3 видно, что минимальное значение коэффициента запаса по усталостной прочности составляет 1,3, в то время, как минимально-допустимое значение 1.5, следовательно, данная ось удовлетворяет условию прочности на усталость и может быть введена в эксплуатацию.

2  Расчет зубчатого редуктора

2.1  Условие и цель задачи

По результатам расчета п. 1.3 произвести расчет зубчатого редуктора. На листе бумаги формата А4 отобразить необходимые параметры полученного редуктора.

Исходные данные необходимые для расчета зубчатого редуктора

Момент кручения при скорости 50 км/ч:

Мкр = 10300.5 Нм

Число оборотов при скорости 50 км/ч:

n = 252 об/мин

 - радиус бандажа, .

Передаточное число µ = 4.41

Ресурс работы 5000 ч.

2.2  Результаты расчетов

2.2.1  Основные геометрические параметры

2.2.2 Силы, действующие в зацеплении

2.2.3 Толщина зуба по хорде

2.2.4 Чертеж зубчатого колеса

2.3  Выводы по расчету зубчатого редуктора

По полученным результатам расчета зубчатого редуктора делаем вывод:

- допускаемые напряжения по контакту, составляющие 1000,394 МПа не превышают действительные напряжения по контакту равные 990,788 МПа

- допускаемые напряжения изгиба шестерни 500 МПа, колеса 352.941 МПа не превышают действительные напряжения изгиба шестерни 290,641 МПа, колеса 239,541 МПа

- диаметр шестерни равен 132 мм не превышает диаметр на прототипе равный 165 мм, диаметр колеса равен 651 мм не превышает диаметра  на прототипе равного 770 мм, следовательно полученный зубчатый редуктор входит в заданные габариты.