Расчет осей.

К основным нагрузкам, учитываемым при расчете оси колесной пары на прочность, относятся:

вертикальные и боковые нагрузки;

нагрузки от сил инерции при пуске и торможении:

нагрузки, возникающие при вписывании колесной пары в кривую при движении по стрелкам и криволинейному участку.

Существует несколько методов расчета осей колесной пары. Наиболее точный из них – так называемый уточненный метод, при котором учитываются все нагрузки, действующие на ось и расчет ведется на их худшие сочетания.

Рисунок 29. Расчетная схема колесной пары

а) схема нагрузок;

б) эпюра изгибающих моментов оси в вертикальной плоскости;

в) эпюра изгибающих моментов оси в горизонтальной плоскости;

г) эпюра крутящих моментов оси.

На рисунке показана схема нагрузок и эпюры изгибающих моментов оси колесной пары с наружными шейками под буксы. На колесные пары действуют вертикальные нагрузки кузова и на шейках осей и нагрузка от зубчатого колеса редуктора.

Уравновешиваемые реакциями и рельсов, тяговый или тормозной моменты моменты редуктора, уравновешиваемые парами сил и и боковая сила на буртике шейки оси, уравновешиваемая направляемым усилием .

Вертикальная реакция рельсов , определяется из уравнения моментов относительно точки приложения реакции , откуда:

;

аналогично определяется реакция

;

где - размеры между точками приложения силовых факторов к колесной паре(смотри схему).

и - диаметры окружностей качения бандажа и шейки колесной пары соответственно.

- вертикальная нагрузка колесной пары.

Система нагрузок и изгибает ось в горизонтальной плоскости, а момент скручивает ее в промежутке между плоскостями опор ее колес на рельсы.

Результирующий изгибающий момент в поперечном сечении шейки около задней галтели(сечение I-I) определяется из выражения:

;

Результирующий изгибающий момент в месте перехода подступичной части оси в среднюю(сечение II-II) определяется:

;

Результирующий изгибающий момент в сечении III-III в месте установки зубчатого колеса:

.

Из эпюр изгибающих моментов, приведенных на схемах б) и в) видно, что наибольший изгибающий момент для принятого сочетания нагрузок действует в подступичной части у левого колеса.

Расчетные напряжения в рассмотренных поперечных сечениях оси колесной пары определяются из формул:

;

- максимальные нормальные и касательные напряжения в детали без учета концентрации напряжений.

Для шейки оси:

;

где - площадь поперечного сечения шейки.

Для сечения II-II, в месте перехода подступичной части в среднюю и сечении по средней части оси определяется по формулам:

;

;

где - момент сопротивления изгибу в соответствующих сечениях.

- момент сопротивления кручению в сечениях оси.

Если оси имеют буксы с роликовыми подшипниками, сила Н не будет вызывать на шейке изгибающего момента. Для этого случая в расчетных формулах плечо следует принимать равным нулю.

Полученное по приведенным формулам действительное напряжение не должно превышать .

Для осевой стали с учетом знакопеременного характера изменения напряжения ориентировочно принимаем равным .