Определение расчетных нагрузок. Определение коэффициента запаса прочности оси

Наименование величин и их размерность	Обозначение	Величины для грузовых вагонов
Допускаемая осевая нагрузка, Н
Количество осей в вагоне, шт
Масса вагона брутто, кг
Коэффициент использования грузоподъемности
Площадь боковой проекции вагона,
Высота равнодействующей ветровой нагрузки от оси колесной пары, м
Высота центра тяжести вагона от оси колесной пары, м
Расчетная скорость
Масса половины рамы тележки ЦНИИ-Х3 или половина массы буксовых пружин, кг
Масса буксы и связанных с ней необрессоренных деталей, кг
Масса колесной пары, кг
Масса колеса, кг
Масса консольной части оси, кг
Масса средней части оси, кг
Удельное давление ветра,
Коэффициент трения скольжения колеса о рельс
Непогашенное центростремительное ускорение
Коэффициент, учитывающий восприятие сил инерции диском колеса за счет его упругости
Статический прогиб рессорного комплекта тележки вагона, м
Радиус колеса, м
Диаметр шейки оси, м
Диаметр подступичной части оси, м
Диаметр средней части оси, м
Расстояние между серединами шеек оси, м
Расстояние между кругами катания колес, м
Расстояние от середины шейки оси:
До круга катания колеса, м
До задней галтели шейки, м
До внутренней кромки заднего роликового подшипника, м
Расстояние от середины оси до равнодействующей сил инерции средней части оси, м
Расстояние от середины шейки оси до центра тяжести необрессоренных масс, м	=	----------

                              Определение расчетных нагрузок

Статическая нагрузка, действующая на шейку оси, с учетом коэффициента использования грузоподъемности вагона определяется:

                                    Н

Коэффициент вертикальной динамики вычисляется:

            0.422

            где значение коэффициента А для грузовых вагонов определяется:

Учитывая несимметричность колебания, вертикальную динамическую нагрузку считают приложенной к одной шейке, а на другой ее принимают равной нулю.

Величину динамических нагрузок, действующих на шейку оси, определяется от вертикальных колебаний кузова на рессорном подвешивании:

                                   

От центробежной силы в кривых:

                                   

От давления ветра:

                                   

Суммарные значения вертикальных нагрузок находятся:

            Для левой шейки оси:

            Для правой шейки:

           

Ускорение буксовых узлов вычисляется:

Для левого буксового узла:

           

где      сумма масс необрессоренных частей, опирающихся на рельс:

           

Для правого буксового узла:

           

Ускорение левого колеса:

                                   

Вертикальные инерционные нагрузки от необрессоренных масс:

Для левой шейки оси:

           

где      сумма необрессоренных масс частей, приходящихся на левую и правую шейку оси.

           

Где      могут быть приложенными с эксцентриситетами относительно средин шеек оси ( в расчете принимаю ).

Вертикальная сила инерции масс средней части оси:

           

Вертикальная сила инерции, действующая со стороны левого колеса:

           

Для правого колеса эта сила принимается равной нулю.

Горизонтальная динамическая нагрузка, действующая на ось колесной пары:

           

где     

Вертикальные реакции в опорах:

Для левой опоры:

Для правой опоры:

Вертикальные реакции рельсов:

где      радиус шейки оси, при роликовых подшипниках допускается принимать.

В опорных местах к оси приложены горизонтальные силы:

         направляющая сила, приложенная к колесу, двигающемуся по наружному рельсу кривой;

  сила трения, возникающая в точке контакта второго колеса с рельсом.

При переносе горизонтальных сил  в опорные места оси колесной пары возникают моменты:

На левой опоре оси:

На правой опоре оси:

           

Изгибающие моменты и напряжения в расчетных сечениях. Коэффициенты перегрузок оси колесной пары.

Изгибающие моменты от всех рассматриваемых нагрузок в расчетных сечениях определяют  от расчетных нагрузок:

От статической нагрузки:

           

           

           

Напряжение от статической нагрузки:

                       

                       

Где моменты сопротивления изгибу для расчетных сечений:

                                                        

                  

Коэффициенты перегрузок оси:

                               

                              

При расчете оси колесной пары на выносливость принимается, что повреждающими напряжениями являются не только максимальные напряжения, но и все напряжения начиная с половины предела выносливости материала в оси в рассматриваемом I-ом ее сечении.

Минимальные значения коэффициентов перегрузок оси колесной пары:

                          

                       

Для определения коэффициента запаса прочности оси номограммой грузового вагона:

В качестве допустимых рекомендаций запаса усталостной прочности для грузовых вагонов принимаю [n]=2.

При ;

При ;

При .

Определение коэффициента запаса прочности оси

Коэффициент запаса усталостной прочности оси в расчетном сечении определяется:

,

где       среднеквадратичное отклонение логарифмов амплитуд напряжений;

          котангенс угла наклона усталостной кривой к отрицательному направлению оси абсцисс в логарифмических координатах (для накатанных осей ),

      базовое число циклов испытания оси;

      интегралы вероятности;

                  основание натурального логарифма;

где       число, определяющее границы доверительного интервала статического распределения для полувагонов

Число циклов нагружения за весь срок службы оси принимается:

Для грузовых вагонов равным ;

Интегралы вероятностей определяются:

;

;

где       ;

            ;