Расчет жестких колес.

Жесткие колеса изготавливаются из стали. Они бывают цельнокатанные (безбандажные) и составные (бандажные).

Применение цельнокатанных колес значительно упрощает формирование колесных пар и полностью устраняет основной недостаток сборных колес – ослабление бандажей на колесных центрах.

Цельнокатанные колеса изготавливают из мартеновской углеродистой стали двух марок. Химический состав и механические свойства которых сведены в таблицу:

Тип колеи	Химический состав стали в %					Механические свойства стали
	С	Mn	Si	P и S не более %	временное сопротивление МН/м2		относительное удлинение %	Относительное сужение не менее %	твердость НВ
I	0,82-0,60	0,5-0,8	0,17-0,37	0,1-0,4	82-102		11	14	235
II	0,57-,65	-	-	-	83-108		10	13	241

Колесные центры жестких колес трамвайных вагонов отливают из углеродистой стали марки 25Л повышенного качества. Разность между диаметрами ступицы колеса и оси(натяг) находится в пределах 0,1-0,25 мм в зависимости от конструкции колеса. Во время напрессовки материал колеса и оси деформируется. Усилие запресовки должно преодолевать силу , деформирующую ось и силу , деформирующую ступицу колеса, а также силу трения: , где - коэффициент трения между ступицей и подступичной частью оси. В расчетах 0,18…0,2.

Рисунок 30. а) и диаграмма б) запрессовки колеса на ось колесной пары.

, где - суммарное усилие обжатия ступицы подступичной частью оси, пропорциональное длине поверхности соприкосновения Х.

; где - давление на ступице, Е – модуль упругости, ,

- величина натяга.

; где - наружный и внутренний диаметр ступицы.

По мере смещения колеса по оси сила трения возрастает практически линейно(прямая ОА).

Разность ординат кривой Od и прямой ОА определяет усилие запресовки, необходимое для преодоления сил сопротивления .

После полной напрессовки ступицы на подступичную часть оси сила станет величиной постоянной и для дальнейшего перемещения колеса потребуется преодолевать только силы трения – усилие от деформации оси, при этом суммарное усилие запрессовки будет оставаться практически постоянным и равным величине . Конечная величина посадочного давления характеризует прочность прессовой посадки от проворачивания колеса на оси.

Для расчета необходимой величины используется следующая зависимость:

;

К в расчетах принимают равным 6. Это коэффициент, учитывающий запас на ослабление прочности посадки. - максимальная сила тяги, приходящаяся на одно колесо. - диаметр посадочной поверхности. - диаметр колеса.

Ориентировочно значение конечного давления составляет при запрессовке колеса с бандажом от 50 до 70 кН на 1см диаметра подступичной части оси. При запрессовке колеса без бандажа эти значения снижаются на 10-15%.

По найденному значению из условий механической прочности ступицы колесного центра рассчитывается ее длина и величина натяга.

Бандаж составного колеса трамвайного вагона состоит из следующих частей:

поверхности качения;

реборды;

буртика(заплечика);

канавки для упорного кольца.

Рисунок 31. Профиль бандажа с цилиндрической поверхностью качения.

1. поверхность качения;

2. реборда;

3. буртик;

4. канавка для упорного кольца.

Химический состав и механические свойства бандажной стали

Тип бандажа	Химический состав стали в %					Механические свойства стали
	С	Mn	Si	P не более %	S не более %	временное сопротивление МН/м2	относительное удлинение %	Относительное сужение не менее %
Колеса трамвая	0,6-0,75	0,6-0,9	0,15-0,35	0,05	0,05	85	10	14

Бандажи перед насадкой на колесные центры подвергаются механической обработке.

Диаметр внутренней расточки бандажа делается несколько меньше чем диаметр обода колесного центра , для того, чтобы при посадке бандажа в нагретом состоянии был обеспечен необходимый натяг:

.

Опытными данными установлено, что для надежной посадки отношение натяга к бандажа к диаметру колесного центра составляет:

.

Линейные температурные удлинения стали бандажа .

При заданном натяге наименьшая температура нагрева бандажа, при которой определяется по следующей формуле:

.

Нагрев бандажей перед их посадкой на колесные центры производят при помощи специального устройства. Для более легкого напрессования нагретого бандажа на колесный центр необходимо, чтобы температура нагрева была выше . Практически температура принижается равной . В результате натяга на бандаже и ободе колесного центра появляется давление, определяемое по формуле:

,

где r – внутренний радиус бандажа, м.,

- наружный радиус бандажа, м.

- коэффициент Пуансона.

В расчетах . Это давление вызывает растягивающие напряжения в бандаже: .

Величина не должна превышать предела упругих деформаций материала бандажа. После насадки на колесные центры в канавки бандажей закладывают упорные кольца, и концы их в месте стыка сваривают. Колесные пары с насаженными бандажами проходят механическую обработку. Бандажи протягивают по кондуктору (шаблону) для предания им соответствующего профиля. Особо важным размером, контролируемым при обточке бандажа, является расстояние между внутренними гранями бандажей, которые для трамвайных вагонов нормальной колеи должно составлять .