Расчет вертикальных и продольных нагрузок.

Под действием вертикальных и продольных нагрузок резиновые диски работают на сдвиг, как параллельно включенные упругие элементы. В расчете принимается, что модуль сдвига , тогда жесткость одного диска в вертикальном (Z) продольном (X) направлении определяется как . И на колесе в целом Вертикальные прогибы под статической ( ) и динамической ( ) нагрузками колеса будут является , . Найдем напряжение и угол сдвига эластичных элементов при реализации колесом максимальной силы тяги ( ) и вертикальной динамической нагрузке ( ). В наиболее благоприятных условиях находятся диски, расположенных на горизонтальном диаметре. В таком положении напряжения, вызванные горизонтальной нагрузкой и крутящим моментом, складываются арифметически. Для определения усилия от крутящего момента колеса, воспринимаемого одним диском ( ) при силе тяги ( ), выделяются на горизонтальном диаметре две пары дисков. На эту систему дисков действует крутящий момент . Крутящий момент, воспринимаемый парой дисков .

Суммарная векторная нагрузка диска .

В направлении горизонтального диаметра на диск действует сила .

Результирующее усилие, действующее на диск, составит .

Напряжение на диске , где A – площадь диска.

Угол сдвига определяется .

Упругие элементы подвески трамвая.

Для правильного выбора подвески трамвая необходимо подобрать упругие элементы по их характеристикам, конструкциям и свойствам. Упругие элементы классифицируют по:

• конструкции

• характеру восприятия нагрузок

• характеру гашения колебаний.

Характеристики комбинированных упругих элементов определяются характеристиками и соединениями входящих в них упругих звеньев. Последние могут иметь последовательное, параллельное и смешанное соединение.

Рисунок 34. Схемы соединения упругих элементов.

а) последовательное б) параллельное

При последовательном соединении на каждое упругое звено, комбинированного упругого элемента приходится одна и та же нагрузка , жесткости упругих звеньев будут , то их прогибы под нагрузкой определяются соотношениями ; ; .

Общий прогиб, комбинированного упругого элемента

С другой стороны , где и гибкость и жесткость комбинированного упругого элемента.

Сравнение выражений:

; ;

Таким образом при последовательном соединении упругих звеньев гибкость комбинированного упругого элемента равна сумме гибкостей составляющих его упругих звеньев, а обратная величина жесткости равна сумме обратных величин жесткости упругих звеньев. При параллельной работе упругих звеньев в комбинированном упругом элементе все они под действием нагрузки получают одинаковый прогиб (схема б)). Если при этом жесткости звеньев , то нагрузка между ними распределяется неравномерно. Нагрузка, воспринимаемая каждым элементом пропорциональна его жесткости ; ; … Суммируя частные нагрузки получим, что , с другой стороны для комбинированного упругого элемента в целом можно выразить следующие соотношение между нагрузкой , жесткостью , гибкостью .

Сравним выражения: ;

Таким образом при параллельном соединении упругих звеньев жесткость комбинированного упругого элемента равна сумме жесткостей его звеньев, а величина обратная гибкости равна сумме обратных величин гибкостей упругих звеньев. По характеру гашения колебаний упругие элементы разделяются на упругие элементы с трением и бес трения.

Первые способны аккумулировать в себе энергию деформации за счет упругости и гасить ее при колебаниях подрессоренных масс за счет работы сил внутреннего трения.

Упругие элементы второго типа практически не гасят энергию деформации при колебаниях. Примером упругого элемента первого типа являются листовые рессоры и резиновые упругие элементы, а второго типа – пружины и пневматические упругие элементы. По характеру восприятия нагрузок упругие элементы разделяют на элементы постоянной и переменной жесткости.

У первых жесткость не изменяется, а у вторых зависит от нагрузки .

Расчет упругих элементов включает в себя определение напряжений в материале (расчет на прочность и несущую способность) и прогибов их под характерными нагрузками кузова.

Упругие элементы подвески кузова трамвая воспринимают статические нагрузки кузова с пассажирами, собственный вес подрессоренных частей ходовой части, а также добавочные вертикальные нагрузки. Они работают в условиях переменного напряженного состояния, поэтому должны рассчитываться с учетом явления усталости. На практике проводят расчеты только на их прочность по максимальным нагрузкам, а допускаемые напряжения выбираются с учетом явления усталости. Напряжение в материале и прогибы упругих элементов как правило выбирают для следующих характерных нагрузок:

• от веса кузова бес пассажиров;

• от веса кузова при заданном наполнении;

• от наихудшего сочетания расчетных нагрузок (при максимальной нагрузке);

• от пробной нагрузки.

Пробной – называется нагрузка, вызывающая прогиб упругого элемента в пределах ограничения хода. За расчетный режим работы упругого элемента принимается режим экстренного торможения трамвая при движении в кривой. Рассчитываются наиболее нагруженные элементы (тележки). При расчете добавочных вертикальных нагрузок учитываются динамические нагрузки, связанные с ударами колес о неровности пути; несимметричности нагрузки и перераспределении веса кузова между тележками при торможении. Расчетная нагрузка и расчетный прогиб для вновь проектируемых упругих элементов определяется по следующим формулам:

, где - статическая нагрузка упругого элемента от веса кузова с пассажирами при максимальном наполнении.

, где - расчетный статический прогиб.

- коэффициент запаса прочности.

Расчетная нагрузка обычно приравнивается к пробной нагрузке. Напряжение в материале упругого элемента при пробной нагрузке берутся равными допускаемым.