ГО СТ 33783— 2016
Приложение Б
(справочное)
Пример расчета колесной пары и НДС колеса
Б.1 Исходные данные
Колесо предназначено для использования на подвижном составе с конструкционной скоростью 120 км/ч,
номинальной статической нагрузкойот КП на рельсы 290 кН.
Основные конструкционныеданные, сформированные на основе актуализированныхчертежей колеса иКП:
- геометриядисковой части колеса — S-образнаяформа радиальногосечения,
- диаметрнового колеса по кругу катанияноминальный 0.957 м. предельно изношенного — 0,877 м.
- внутреннийдиаметр обода— 0.810 м.
- толщинадиска номинальная уобода— 0,020 м. у ступицы 0.023 м.
- офсет — 0.055м.
- радиус переходадиска вобод— 0,050 м.
- радиус переходадиска в ступицу— 0,05и 0,065 м.
- внутреннийдиаметр ступицы — 0,205 м.
- масса колесас полномернымободом— 363кг, с предельно изношенным — 245 кг.
Материал колеса — сталь марки 2 по ГОСТ 10791. предел текучести в дисковой части которого в расчете
принят равным а, =400 МПа.
Примеры расчета приведеныдлядвух вариантов состояния колеса:
а) новое колесо— с полномернымободом толщиной 0,073,5 м (модель № 1):
б) колесос предельно изношеннымдо толщины0.0335м ободом (модель N92).
Объем расчетов включает исследования:
- НДС колеса отдействия:
1) монтажного натяга в соединении колеса с осью;
2) эксплуатационных механических нагрузок(вертикальнойи боковой):
- осевых и радиальных деформаций обода колеса вследствие уменьшения толщины обода из-за износа и
ремонтныхобточек.
Значения натяга междуступицейколеса иосьюпринята равнойД=0,25мм. Значения внешнихсил на колесо
определяют предварительным расчетом, они равны:
- вертикальная сила S= 292,6кН;
- боковаясила У =90.9 кН.
Б.2 Расчетная схема колеса при выборе размеров конечных элементов
Создание конечно-элементной модели колеса включает в себя исследование влияния размера конечного
элемента и количества элементов в модели на результаты вычислений. За сходимость результатов принимают
шаг, на котором максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу меняется менее чем на 3.5 МПа при после
довательном измельчении сеток. Расчетные модели колеса и анализ НДС выполняют с применением расчетного
комплекса программ MSC Patran/Marc. Рассмотрено одновременноедействие на полномерное колесо указанных
выше нагружающих факторов.
Вданном примере рассмотрены результаты расчета трех конечно-элементных моделей колеса, состоящих
из восьмиузловыхобъемных Нех-элементов с величиной ребра всечении колеса:
1) 9—10 мм; 2)4—5 мм; 3) 3—4 мм.
Максимальные эквивалентные напряжения в варианте 2) на 4 МПа превышали значения для варианта 1).
чтовышерекомендуемогозначения. Придальнейшемизмельчениисетки в зоне максимальныхнапряженийразни
ца величинэквивалентных напряжений в вариантах2)и3)составила 2,5 МПа, что ниже рекомендуемогозначения
3.5 МПа. Дальнейшее уменьшение размера элемента нецелесообразно, так как требуемая сходимость результа тов
достигнута. Для анализа выбран вариант 2). Количество узлов в модели — 143561, количество элементов—
124564.
Б.З Расчетная схема колеса, принятая для оценки прочности
Выполнен расчет на прочностьдвухмоделейколеса:
1) модель № 1— новое колесо,диаметрколеса покругу катания 957мм (полномерный обод);
2) модель № 2 аналогична модели №?1, диаметр по кругу катания колеса 877 мм (предельно изношенный
обод). Количествоузлов в модели— 141048, количество элементов— 122410.
Схема закрепления и нагружения модели колеса внешними силами показана на рисунке Б.1. Длина фраг
мента оси вобестороны,согласнопринципуСен-Венаиа. примерноравнаеедиаметру. Предварительныерасчеты
вариантов закреплений подтвердили правильностьтакого выбора.
35