Выбор схемы и расчёт на прочность упругих элементов рессорного подвешивания

 

 

Для правильного выбора расчетных параметров необходимо тщательно изучить и описать конструкцию и устройство тележки локомотива-прототипа. На формате А1 студент вычерчивает общий вид тележки согласно принятых масштабов.

Перед расчетами необходимо привести схему рессорного подвешивания (рисунок 1.1), согласно которой перечислить упругие элементы, подлежащие расчету на прочность. Как правило, в состав рессорного подвешивания входят: рессоры, пружины и резиновые амортизаторы.

При расчетах на прочность с учетом действующих на элемент силовых факторов, по допускаемым напряжениям, определяют геометрические свойства упругого элемента. В данном пункте раздела необходимо также определить жесткость элемента Ж и его статический прогиб  .

Расчет на прочность листовой рессоры

Статическая нагрузка, действующая на рессору, определяется по формуле:

 

,                                                                      (1.1)

 

где 2П _cm – нагрузка на ось, кН (задание);

q – неподрессоренный вес, приходящийся на одну колесную пару, кН:

q = 45 кН – при опорно-осевом подвешивании ТЭД,

q= 25 кН – при опорно-рамном.

 

Динамическая нагрузка определяется из выражения:

 

,                                                            (1.2)

 

где – коэффициент вертикальной динамики, определяемый по формуле:

,                                                                  (1.3)

где – конструкционная скорость локомотива-прототипа, км/ч;

 - номинальный статический прогиб рессорного подвешивания, мм.

 

 

Рисунок 1.1. Схемы рессорного подвешивания: а — сбалансированного; б — индивидуального; 1,5— тарелка; 2 — пружина; 3 — подвеска; 4— балансир; 6— предохранительная скоба; 7— листовая рессора; 8 — серьга; 9 — букса; 10 — подвеска; 11 — поводок буксы; 12 — поводковая букса; 13 — фрикционный гаситель колебаний

Основные размеры листовой рессоры определяют по допустимым напряжениям изгиба при статической нагрузке [s_и] _доп = 550-650 МПа. Рессору рассматривают как балку постоянной толщины равного сопротивления изгибу.

Общее число листов в рессоре определяется исходя из соотношений между допускаемым напряжением изгиба, изгибающим моментом и моментом сопротивления одного листа:

 

.                                                                                (1.4)

 

Таким образом, общее число листов в рессоре определится из выражения:

 

.                                                                     (1.5)

 

Изгибающий момент:

 

,                                                                           (1.6)

 

где – длина рессоры, м.

Геометрические параметры листовых рессор (длина, ширина, толщина) выбираются по данным  локомотива-прототипа /1/.

Момент сопротивления:

 

,                                                                                         (1.7)

 

где  – ширина рессоры, м;

 – толщина листа, м.

Общее число листов рессоры складывается из числа коренных ее листов n_к = 2-3 и числа листов ступенчатой части n_с:

 

.

 

Рессоры проверяются по допускаемому напряжению изгиба при динамической нагрузке [s_и] _max = 1000 МПа, при этом учитывается влияние хомута по формуле:

 

.                                                           (1.8)

 

Рессора удовлетворяет условию прочности при динамической нагрузке, если .

Определяется статический прогиб коренных и наборных листов рессоры для оценки ее деформации, по формулам:

Для коренных листов:

 

, мм                                                            (1.9)

 

Для наборных листов:

 

, мм;                                                           (1.10)

                          

где Е – модуль упругости для стали, Е = 0,21*10⁶ МПа;

 – ширина хомута рессоры,  м.

Соответствующие величины жесткостей:

 

, Н/мм                                            (1.11)

 

, Н/мм                                            (1.12)

 

Жесткость рессоры, имеющей  коренных и  наборных листов, можно получить, складывая жесткости каждой части:

 

.                                                                      (1.13)

 

Общий статический прогиб листовой рессоры:

 

, мм.                                                                         (1.14)

 

Характеристики рессор некоторых локомотивов, приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1.

Характеристики листовых рессор

 

Локомотив	Число листов		Размеры, мм		Статический прогиб под нагрузкой, мм	Жесткость, Н/мм
	коренных	наборных	Ширина ×толщина	длина
ВЛ60	3	7	120×16	1400	69,3	1220
ВЛ80, ВЛ85	3	7	120×16	1400	71,8	1220
ТЭ3, 2ТЭ10Л	2	6	120×16	1150	50	1730
ТЭП60	2	6	120×16	1050	39,3	2460

 

Расчет на прочность пружины

Исходные данные к расчету:

1. Вес кузова , кН (задание)

2. Количество тележек в локомотиве (секции) m₁(схема)

3. Количество комплектов пружин на тележке m₂ (схема)

4. Количество  упругих элементов в комплекте m₃ (схема)

 

 

Статическая нагрузка на один упругий элемент в Н

;                                                         (1.15)

 

где  m₁ - количество тележек в локомотиве;

m₂ - количество комплектов на тележке;

m₃ - количество упругих элементов в комплекте;

Максимальная нагрузка на упругий элемент

 

; Н                                                   (1.16)

                           

где К_{конс. зап} – коэффициент конструктивного запаса, для всех грузовых локомотивов принимаем 2;

Для определения необходимых размерных параметров пружин задаемся индексом пружины, m=4÷12

Определяем диаметр прутка из условия обеспечения прочности пружины:

; м                                                                 (1.17)

 

где   m - индекс пружины;

[t] - наибольшее суммарное напряжение от кручения и максимальной нагрузки Р. Принимаем 750×10⁶ Па.

h - коэффициент, учитывающий кривизну прутков и поперечную силу, определяем по формуле:

 

                                                             (1.18)

 

Среднее значение диаметра пружины

 

, м                                                                     (1.19)

 

Определяем необходимое число рабочих витков пружины:

 

;                                                           (1.20)

 

где  - статический прогиб пружин, м (задание).

G – модуль сдвига материалов пружины, для стали - 80×10⁹ Н/м²;

Жесткость одной пружины определяется по следующей формуле:

 

; Н/мм.                                                              (1.21)

Для создания более компактного рессорного подвешивания заменяем полученную пружину эквивалентной двухрядной пружиной. Для определения размерных параметров пружины задаемся индексом пружины, m.

                                                           (1.22)

 

 ;

Находим число рабочих витков:

а) для наружной пружины

 

б) для внутренней пружины:

 

.

 

Определяем высоту пружины в свободном состоянии, м:

 

,     . (1.23)

Условие устойчивости проверяем по параметру наружной пружины:

 

                                                                           (1.24)

Из сравнения видно, что условие устойчивости выполняется.

Определяем жесткости наружной и внутренней пружины:

 

;                               (1.25)

 

Находим общую жесткость внутренней и наружной пружины

 

_, Н/мм                                                     (1.26)

Находим погрешность расчетов

 

                                                       (1.27)

 

Характеристики пружин некоторых локомотивов, приведены в таблице 1.2.

 

 

Таблица 1.2.

 

Характеристики пружин

 

Локо-мотив	Пружина	Диаметр прутка, мм	Диаметр пружи-ны, мм	Общее количе-ство витков	Высота в свобод-ном состоя-нии, мм	Стати-ческий прогиб под нагруз-кой, мм	Жест-кость, Н/мм
ВЛ60	Одинарная	40	160	5	236	23,9	1746
ВЛ80 ВЛ85	Одинарная	42	162	4	187	17	2747
ТЭ3 2ТЭ10Л	Одинарная	40	200	4,5	200	40	1070
ТЭП60	Концевая Средняя	38 38	205 185	6,5 5,5	394 305	94,3 55	490 840
2ТЭ10В2ТЭ116	Наружная Средняя Внутренняя	36 23 16	224 193 136	5,5	397 369 349	126 126 126	245 87 45

 

 

---

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 1196; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!