Расчёт соединения с натягом. Посадка колеса на ось колёсной пары локомотива
Соединения деталей с натягом широко распространены в транспортном машиностроении. Образуются за счёт натяга, т.е. отрицательной разницы диаметров охватывающей детали (отверстия) и охватываемой детали (вала) до сборки. Соединения относят к неразъёмным, т.к. повторная сборка не обеспечит той же надёжности.
Наиболее типичным примером такого соединения является посадка колеса на ось колёсной пары подвижного состава.
Рассмотрим расчёт такого соединения (рис. 11.9) на примере сопряжения колеса с осью ведущей колёсной пары тепловоза ТЭ3 [13, 42].
|
| Рис. 11.9. Сопрягаемые детали колёсной пары |
Самый тяжёлый режим – трогание состава. При этом тепловоз развивает тяговое усилие Qпуск = 41600 кГ = 407680 Н. Диаметр колеса d2 = 1050 мм, поэтому ведущие колёсные пары должны выдерживать вращающий момент Mпуск = Qпуск · (dкол /2) = 407680 · (235/2) = 107016000 Нмм. Тяга передаётся шестью редукторами, следовательно, на каждое колесо приходится вращающий момент Mпуск/12 = 8918000 Нмм. Колёсный центр изготовлен из стали 30Л, у которой предел текучести σТ = 250 МПа
Определяем коэффициент трения в зоне сопряжения венца и ступицы (табл. 11.8). Поскольку в рассчитываемом сопряжении Ra1 = 1,25, а Ra2 = 4,0, принимаем для сопряжённых стальных деталей f = 0,10.
Задаёмкоэффициент запаса сцепления К = 1,2...2. Принимаем К = 2 для тягового подвижного состава.
Вычисляем минимальное контактное давление на сопрягаемых поверхностях деталей. Для передачи требуемого момента при длине посадочного участка l = 180 мм давление должно быть равно
pkmin = 2K·Mпуск/(fπd22l) = 2·2·8918000/(0,10·3,14·2352·180) = 10,7 МПа.
Коэффициент Пуассона μ для стали ≈ 0,3.
Модуль упругости стали принимаем E1 = E2 = 20·104 МПа
| Таблица 11.8 Коэффициент трения для цилиндрических сопряжений с натягом | ||||||
| Материал охватывающей детали | Высота микронеров- ностей, Ra1 | Материал охватываемой детали | Высота микронеров- ностей, Ra2 | Давление, МПа | Коэффициент трения | |
| Сталь | 1...1,25 | Сталь | 1...1,25 3,2...4,0 | > 6 | 0,12 0,10 | |
| Чугун серый | 1...1,25 | Сталь | 1...1,25 3,2...4,0 | > 6 | 0,08 0,075 | |
| Бронза | 1...1,25 | Чугун серый | 1...1,25 | – | 0,07 | |
| Магниево-алюминиевые сплавы | – | Стали 30...50 | – | – | 0,03...0,09 | |
| Латунь | – | Стали 30...50 | – | – | 0,04...0,1 |
| Таблица 11.9 Модули упругости и коэффициенты линейного температурного расширения для некоторых материалов | |||
| Материал | E·104 МПа | α ·10-6 [1/ºС] | |
| нагрев | охлаждение | ||
| Сталь и стальное литьё | 20...21 | – 8,5 | |
| Чугунное литьё σПЧ.Р < 200 МПа | 7,5...10,5 | – 8 | |
| Ковкий чугун | 9...15 | – 8 | |
| Медь | 12,5 | – 14 | |
| Бронза оловянная | 8,5 | – 15 | |
| Латунь | – 16 | ||
| Алюминиевые сплавы | 6,5...7,5 | – 18 | |
| Магниевые сплавы | 3,6...4,7 | – 21 | |
| Пластмассы | 0,4...1,6 | 46...70 | – |