CC BY
7
РУХОМИЙ СКЛАД
УДК 629.4.027.11
Бабами О.Б., д.т.н. (УкрДАЗТ) Равлюк В.Г., ст. викладач (УкрДАЗТ) Матвieнко О. О., астрант (УкрДАЗТ)
ВПЛИВ ЕКСЦЕНТРИЧНОГО ОСЬОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ НА НАД1ЙН1СТЬ ТОРЦЕВОГО КР1ПЛЕННЯ БУКС П1СЛЯ
В1ДНОВЛЕННЯ Р1ЗЬБИ
Постановка проблеми. В проце^ експлуатаци вагошв виникають зминання та зрiзання рiзьби в кршленш букс на осi колюно1 пари, а це явище по перше загрожуе безпецi руху по!здв в експлуатаци, а по друге, шд час ремонту тшсно1 пари веде до значних економiчних втрат на вiдновлення рiзьбового з'еднання. Але шсля вiдновлення рiзьбовоl частини ос наплавленням випадки послаблення торцевого кршлення букс значно зростають. Таким чином стоггь проблема дослiдження причин низько! надiйностi торцевого крiплення букс вагошв шсля вiдновлення рiзьбовоl частини ос колiсних пар.
АналЬ останнЫ до^джень i публжацш. Називають три причини недостатньо1 надiйностi рiзьбового з'еднання: конструктивы особливостi букс вагонiв та самого з'еднання; низька яюсть ремонтно-складальних робгг; дiючi навантаження на торцеве кршлення букс в умовах експлуатаци [1, 2]. Першi двi причини достатньо глибоко дослщжеш i запропонованi шляхи виршення цих проблем [1], а стосовно третьо1 причини, яка впливае на надшнють рiзьбового крiплення букс вагошв, то вона вивчена не достатньо. Особливо1 уваги заслуговуе дослщження впливу характеру ддачих навантажень на торцеве кршлення букс вагошв шсля вщновлення рiзьбовоl частини осi колiсних пар вагошв.
Формування мети. На рiзьбове з'еднання торцевого кршлення букс вагошв дшть зусилля попереднього затягування торцево1 гайки та осьовi навантаження на не1 з боку пiдшипникiв. Часто не приймаеться до уваги радiальнi навантаження на шийку осi колюно1 пари, якi деформують И. Ця
деформащя ос викликае ексцентричне осьове навантаження. Дослiдження впливу ексцентричного осьового навантаження на надiйнiсть торцевого кршлення букс вагонiв пiсля вщновлення рiзьбово! частини осi i е метою дано! стати.
Виклад основного матерiалу. При згиш шийки осi пiд дiею радiального навантаження, внутршш кiльця пiдшипникiв букси не шддаються деформаци разом iз шийкою ос при щiльнiй посадцi кiлець одного до другого, оскшьки в нижнш ненавантаженiй зонi мiж лабiринтовим кшьцем i торцевою гайкою будуть виникати розтрш зусилля.
Виходячи iз цього, згин шийки ос iз внутршшми кiльцями можна розглядати як згин складно! балки, що стягнута болтами [2, 3].
Для виконання спрощених розрахунюв при розглядi спшьно! деформаци кiлець iз шийкою осi не враховуються контактна пiддатливiсть стикiв i допуски на дiаметри шийки осi та внутрiшнiх кiлець.
Умови згину шийки ос будуть у значнш мiрi залежати вiд щiльностi стиюв кiлець при !х затягуваннi торцевою гайкою. При достатнш величинi попереднього затягування торцево! гайки згин шийки ос буде вiдбуватися при щшьних (нерозкритих) стиках мiж кiльцями, тобто можна вважати, що згин внутршшх кшець iз шийкою не вiдрiзняеться вiд роботи суцшьно! балки.
При рiвних модулях пружностi, а також матерiалах кiлець пiдшипникiв i шийки ос напруження на контактнiй плошд кiлець <к, вiд яких виникають зусилля, що зрушують та дшть на торцеву гайку, вщповщно до гiпотези плоских перетинiв, визначаються слiдуючим чином
М
<к=<п - г + г У» (1)
к ш
де <п - напруження на контактнiй поверхнi кiлець при попередньому затягуванш торцево! гайки;
М - згинаючий момент у стику лабiринтового й внутршнього кiльцях;
1ш, 1к - моменти шерци шийки й кiльця щодо визначено! горизонтально! осi х;
у1 - вщстань вiд точки перетину до ос х.
Розкриття стику мiж кiльцями може початися в найбшьш вiддаленiй точцi вiд горизонтально! ос х, що перебувае в зош розтягування. Виходячи
iз цього, умова нерозкриття стику буде мати такий вигляд
К ]* ^ д.
(2)
е о
де Я - зовшшнш радiус стику кiлець.
На рисунку 1 представлена номограма напружень ак залежно вiд згинаючого моменту та величини попереднього затягування торцево! гайки.
кг
а,.,
см
2000
1600
1200
800
400
А /
У/ / ф у г/
/# у р
/V
10
20
30
40
М, кНм
Рисунок 1 - Номограма напружень аК залежно вщ згинаючого моменту
При недостатньому зусиллi попереднього затягування торцево! гайки та великому згинаючому навантаженню вщбуваеться розкриття стику (рисунок 2) i залежнiсть мiж силою та прогином перестае бути лшшною.
Рисунок 2 - Розрахункова схема додаткових зусиль до шийки ос
У цьому випадку напруження, що виникають в стику кшець можна знайти на пiдставi залежност
М + Р.
<к =-
1 1
— + —
V к * ш 0
(Л)
1к (Л) +1 ш (Л)
-у,
(3)
де Рп - зусилля попереднього затягування торцево! гайки; Рк, Рш - площд перетину кiльця та шийки;
Л
& ш (Л) = | уй¥ш - статичний момент площд шийки щодо
0
нейтрального шару Л;
ЛЛ
1к (Л) = | у 2 й¥К; Iш (Л) = | у 2 й¥ш - моменти шерци площ контакту 00 кшьця та шийки ос щодо нейтрально! лiнi!;
Л - висота частини перетину, що не розкрилася; у - вщстань вiд точки перетину до нейтрального шару Л. Висоту частини перетину, що не розкрилася Л можна визначити з виразу
М = Р.
1 1
■ + —
V рк
ш у
1к (Л) +1 ш (Л)
(Л) + & ш (Л)
- (Л)
(4)
ш
де 8к (Н) - статичний момент плошд кiльця щодо нейтрально!
ЛiHil.
Як видно з рисунку 2, положення нейтрально! лши (у=0) характеризуемся кутом повороту р середнього радiуса кiльця Я0. У цьому випадку для визначення значення величин Sш (Н), 8к (Н), 1ш (Н) i 1к (Н) отримаемо розрахунковi формули
Sш(Н) = -р г ■
(5)
Sk (Н) = 2Я0 д ^тр-р^р):
Р Г 2 2 2
!ш (Н) = + р г Я0 cos р
(6) (7)
1к (Н) = 2д
Р
1 2
— + cos р 2
2 У
3 ■ о
—sm2р
4
(8)
де г - радiус шийки осi; д - товщина кшьця в зонi стику. Замiнивши в (4)
1 1
+ —
г г
Vк ш У
1к (Н) +1 ш (Н)
Sk (Н) + Sш (Н)
^ш (Н)
(9)
на коефiцiент ], одержимо
м = рп г,
(10)
Поставивши значення згинаючого моменту з (9), отримаемо
°к = - р
г
1 + ш
Гк
п Sk (Н) + Sш (Н)
У-.
(11)
ш
де
у = Я0 -Я0 ^р
(12)
Остаточний вираз для ак можна записати у виглядi
^к = -рп £
(13)
Де
£
г
1 + ш
Гк
Sk (Н) + S ш (Н)
(К0 - *0 cosр)
(14)
Для спрощення розрахунюв при визначеннi напружень у стику кiлець визначенi й побудоваш графiчнi залежностi Н = /(]) та £ = /(Н), якi представленi на рисунку 3.
£, СМ
0,30
0,25
0.2»
0,15
0,10 0,09 0,08 0,07
0,06
0,05
0,04
\
\
1 \
1 \
\ \
\ \
\ у
у \
\ л
\ / Л Ц)
0 \
Т), см
60
50
40
30
20
15
10
11
13
Рисунок 3 - Графiчнi залежност для визначення максимальних напружень
у стику ктець пiдшипникiв
Суть дано! методики полягае в тому, що при тдрахунках напружень необхщно по заданому згинаючому моменту та зусиллю попереднього затягування торцево! гайки визначити коефщент г, а по^м iз графiка к = /(г) знайти висоту частини перетину, що не розкрилася к. Знаючи висоту частини перетину, що не розкрилася iз е = / (к) графiка визначити коефщент е i пiсля пiдстановки його значення й вщповщно! величини зусилля попереднього затягування в (11) можна визначити максимальш напруження в стику кшець.
З аналiзу графiкiв, представлених на рисунку 3, видно, що зi збшьшенням згинаючого моменту й зменшенням зусилля затягування напруження в стику кшець рiзко зростають.
Якщо при нерозкритому стику зусилля на торцеву гайку не змшюеться й дорiвнюе величинi попереднього затягування, то при розкритому стику воно буде визначатися як
Т = аКс аАГА ' к
С -з Л 81И Ю 81И ф---фCOSф
V 3 0
(15)
де - максимальне напруження на зовшшнш поверхнi стику
кшець;
аВ - максимальне напруження на внутршнш поверхнi стику;
Яд - зовшшнш радiус стику кiлець;
гВ - внутршнш радiус стику.
Розрахунки, що виконаш в роботi з дано! залежност^ показали, що зi збiльшенням згинального моменту, при невеликш величинi попереднього затягування зусилля на торцеву кршильну гайку рiзко зростае (рисунок 4).
При цьому було встановлено, що при згиш шийки ос вiдбуваеться зсув навантаження вщ центра осi, що сприяе виникненню реактивного згинаючого моменту, що дiе на торцеву гайку. У цьому випадку величина поперечно! сили на одиницю довжини рiзьбово!' частини гайки в першому наближеннi буде становити
Т Ту
л п пУ ц /т
Р = + -—Ц-cos«, (16)
2р г0 2р г0
де г0 - середнш радiус рiзьби;
уц - вщстань вiд рiвнодiючого розподiленого навантаження до Збiрник наукових праць Дон1ЗТ. 2009 №17
нейтрально! ос;
а - полярна координата.
Рисунок 4 - Залежнють зусилля, що дie на торцеву гайку вщ згинаючого
моменту
Висновки. У робой встановлено, що вищенаведеш рiвняння справедливi для випадку рiвномiрного стиснення стикiв тобто якщо ап однаково для всiх точок перетину. У той же час у реальних умовах напруження будуть у значнш мiрi перевищувати розрахунковi за рахунок непаралельностi торцiв внутршшх колiн i неперпендикулярностi привалочно! площини гайки.
Циклiчнiсть змiни величини розтрних зусиль, пов'язана з динамiкою вагона й обертанням шийки осi та сприяе виникненню постiйних, хоча й рiзних по величинi, перевантажень рiзьби в зонi стиснутих волокон. Це приводить до зминання профшю рiзьби i послабленню торцевого крiплення.
Вертикальне навантаження на шийку осi, для випадку одночасного проходження колюною парою рейкових стиюв, може досягати 510 кН. Виходячи iз цього, величина максимального згинаючого моменту при розглядi згину ос як балки на двох опорах, буде становити 50 кНм.
Як видно з номограми (див. рисунок 1), тшьки при зусиллi затягування не менше 700 кН не вщбуваеться розкриття стику, хоча й при бшьших зусиллях затягування вщбуваеться нерiвномiрне завантаження
ниток рiзьби за периметром.
Вщомо, що в практицi при експлуатаци рiзьбових сполучень допускаються напруження початкового затягування ап = 0,8стт. Однак збiльшення зусилля попереднього затягування обмежуеться мщшстю виткiв на зрiз. Виходячи з умови зрiзу виткiв рiзьби осi, максимальне зусилля затягування буде визначатися нерiвнiстю
Рп < йср, , (17)
де Qcp - зусилля зрiзу витюв осi.
Зусилля зрiзу виткiв ос можна знайти з рiвняння
0«=ктк1 я ^И т(18)
де кт - безрозмiрний коефщент, що враховуе нерiвномiрнiсть розподiлу навантаження по витках рiзьби;
к1 - коефщент повноти рiзьби, що залежить вiд профiлю рiзьби;
й1 - внутршнш дiаметр рiзьблення;
Н - висота гайки;
Тдд - границя мщносл матерiалу осi на зрiз.
Проведенi розрахунки показали, що зусилля попереднього затягування торцево! гайки тсля наплавлення, виходячи з умови зрiзу виткiв, не повинне перевищувати 700 кН.
Список лШератури
1 Борзилов, 1.Д. Проблеми р1зьбового з'еднання деталей буксового вузла вагошв [Текст] / 1.Д. Борзилов, О.О. Матв1енко // Зб.наук. праць. -Харк1в: УкрДАЗТ, 2005. -Вип. 68. -С. 299-303.
2 Вагоны. Основы конструирования и экспертизы технических решений. [Текст] : учеб. пособие / А.П. Азовский, Е.В. Александров, В.В. Кобищанов и др.; под общ. ред. В.Н. Котуранова. -М.: Маршрут, 2005. - 490 с.
3 Когаев, В.П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени [Текст] / В. П. Когаев. -М.: Машиностроение, 1989. -364с.
4 1нструкщя з експлуатаци та ремонту вагонних букс з роликовими тдшипниками [Текст]: ЦВ-ЦЛ-0058: Затв. нак. УЗ. вщ 14.11.03. №524-ЦЗ - К.: НВП Полирафсервю, 2004. - 160 с.
