Четырёхосная нефтебензиновая цистерна, страница 9

Определенный интерес представляет применение в тяжело нагруженных узлах трения деталей с сульфидированными поверхностями. Сера относится к числу поверхностно-активных веществ. Присутствие на поверхностях трения сернистых соединений оказывает существенное влияние на процессы истирания и схватывания. Образующиеся при металлическом контакте ювенильные (чистые) участки поверхности весьма чувствительны к адсорбции смазочных и особенно поверхностно активных сернистых соединений. В результате происходит модифицирование поверхностей трения путем пластифицирования металла в тонком поверхностном слое. Это создает положительный градиент механических свойств и ограничивает развитие процесса схватывания. Наличие такого поверхностного слоя является особенно необходимым при трении в условиях реверсивного движения. Как показано исследованиями при возвратно-поступательном движении в поверхностных слоях трущихся деталей возникают знакопеременные напряжения, аналогично как в процессе усталостного разрушения. В результате изнашиваемость при реверсивном движении возрастает на 20-60% по сравнению с односторонним. Образование на поверхности трения тонкого пластифицированного слоя экранирует нижеследующие напряженные слои и тем самым ограничивает темп износа.

Таким образом, наличие в структуре чугуна графитных включений, а при необходимости и сернистых, позволяет рассматривать его как самосмазывающий материал.

При замене стали чугуном для изготовления фрикционного клина создаются определенные предпосылки для нормализации условий работы узла гасителя колебаний

Все вышеизложенное и послужило основанием для применения чугунных клиньев.

Вес полученных отливок - 14,6 кг, геометрические размеры должны соответствовать ТУ.

Таблица 1.2.

Химический состав и механические свойства чугунных клиньев

Массовая доля элементов, %								Временное сопротивление	Твердость,
С	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	sв, Мпа	НВ
3,54	2,34	0,8	0,08	0,05	0,23	0,13	0,26	200...220	165...180

При исследовании необходимо обращать на микроструктуру и механические свойства клина, поверхности которого работают в сопряжении с фрикционной планкой и надрессорной балкой.

Оценка структуры должна производиться по ГОСТ 3443-77 как по форме графита, так и по матрице.

Микроструктура на вертикальной и наклонной стенках клина –должна быть однородная.

В целом значения характеристик для клиньев из серого чугуна марки СЧ20 (ГОСТ1412-85) .

4. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КЛИНА

4.1  Расчет нагрузок, действующих на клин при движении вниз в положении статического равновесия грузового вагона

Рисунок 1

Расчет произведен в соответствии с [1, 2]. Система единиц измерения - СИ (тс = 0.1 × КН).

Нормальные силы при движении клина вниз

                                      (*)

             (1)

                    (2)

          Силы трения при движении клина вниз:

                              (3)

                            (4)

где    - прогиб подклиновой пружины;

           - жесткость подклиновой пружины;

 и  -  коэффициенты трения между поверхностями клина, соприкасающимися соответственно с фрикционной планкой и надрессорной балкой;

 - угол наклона трущихся поверхностей надрессорной балки и фрикционных клиньев;

 - угол наклона трущихся поверхностей фрикционных планок и фрикционных клиньев;

Определитель матричного уравнения статического равновесия клина при движении вниз:

.            (5)

1.2. Исходные данные для расчета

    

          

1.3. По формуле (5)

1.4. По формулам (1) и (2)

 КН

          1.4. По формулам (3) и (4)

 КН

 КН

          1.5. По формуле (*)

 КН

2.1. Разработана конечно-элементная модель клина в "тяжелом" аналитическом программном комплексе ANSYS (стандарт ISO 9001).

              Для аппроксимации геометрии клина был выбран объемный 10-ти узловой квадратичный конечный элемент в виде тетраэдра (рис. 3), имеющий по три степени свободы в каждом узле (по перемещениям). Поле поступательных перемещений внутри конечного элемента описывается функцией формы /5, 6/:

где   u, v и w – узловые поступательные перемещения (степени свободы) вдоль осей X, Y и Z соответственно;

        , ,  и  - нормализованные координаты, возрастающие от 0.0 в вершине к 1.0 на противоположной стороне или грани.

Выбор именно этого конечного элемента обусловлен тем, что в конструкции клина, помимо растяжения-сжатия, значительное влияние на суммарное напряженно-деформированное состояние оказывают напряжения от изгиба. Известно, что любая конструкция подверженная только деформации изгиба принимает форму параболы /3,4/, поэтому для ее аппроксимации целесообразно использовать конечные элементы с квадратичной функцией формы для достижения требуемой точности расчета при меньшем числе конечных элементов.

          В модели 25088 конечных элементов, 41156 узлов, 118917 степеней свободы.

          Материал - серый чугун марки СЧ25:

          s_в = 250 МПа - предел прочности

          s_т = 0.75 × s_в = 187.5 Мпа - предел пропорциональности

          s_-1 = 120 Мпа - предел выносливости при симметричном цикле