Распределение нагрузок на тела качения подшипников буксы грузового вагона. Напряженное состояние деталей буксы. Ниже приведены результаты расчета буксы грузового вагона от вертикальной нагрузки 100 кН с использованием расчетной схемы, представленной на рис. 9.13. При расчете учитывался радиальный зазор как между наружным кольцом подшипника и корпусом буксы 0,052 мм, так и в подшипнике 0,03 мм. Для этой буксы получены результаты, аналогичные рассмотренным выше для буксы пассажирского вагона, поэтому ниже будут описаны только отличительные особенности.
На рис. 9.19 показаны эпюры распределения контактных давлений, возникающих между корпусом буксы и внешним кольцом подшипника. Область контактирования имеет довольно сложную форму, угол охвата контактом поверхности кольца изменяется вдоль осевой линии шейки оси: у переднего торца буксы он достигает 103°, а затем уменьшается до 90° к заднему краю буксы. Давления в этой области распределены неравномерно как по дуге окружности подшипника, так и в осевом направлении.
Рис. 9.19. Распределения контактных давлений (МПа) на внутренней поверхности корпуса буксы грузового вагона в окружении направления
Общий уровень давлений в контакте наружного кольца подшипника и корпуса буксы довольно низкий. Наиболее нагружены ряды узлов переднего края кольца подшипника, расположенные под ребром жесткости верхнего свода корпуса буксы. Наибольшие значения давления наблюдаются у краев дуг, охватывающих контакт. У переднего торца буксы они достигают 7,7, а к заднему торцу они снижаются до 7,2 МПа. К середине поверхности наблюдается спад давлений, как в окружном, так и в осевом направлениях. К середине поверхности они снижаются до 0,4 МПа. Краевые эффекты в контакте этих поверхностей практически не проявляются. Значения наибольших давлений носят характер экстремальных, и расположение этих областей строго соответствует расположению приливов для передачи вертикальных нагрузок на верхний свод корпуса буксы и ребер жесткости.
Нагруженными оказываются восемь роликов, как для переднего, так и для заднего рядов подшипника. Угол охвата роликов, находящихся под нагрузкой, 120°. В табл. 9.8 приведены значения суммарных сил, приходящихся на ролики переднего и заднего рядов подшипника. Номера роликов даны согласно принятой нумерации. На передний ряд роликов подшипника приходится 53 % общей нагрузки на буксу, а на задний 47 %. Для переднего ряда получен одномодальный закон распределения нагрузок на ролики, а для заднего — слабо выраженный двухмодальный закон. Нагрузки для роликов различаются незначительно, полноценно загруженными оказываются шесть роликов, а два ролика нагружены слабо.
Для каждого ролика получено неравномерное распределение интенсивности нагрузки по его длине. Интенсивность нагрузки на конце ролика, расположенном ближе к переднему торцу буксы, для обоих рядов роликов выше, чем для другого конца. Для наиболее нагруженных роликов переднего ряда отношение максимальной удельной нагрузки к минимальной составляет 2 ... 2,3, для слабонагруженных 4,5...5; для заднего ряда роликов это отношение выше: для наиболее нагруженных роликов 3,3...4, для слабонагруженных 11...13. Аналогичная картина наблюдается и для контакта роликов с внутренним кольцом подшипника.
9.8. Значения сил (кН), приходящихся на ролики переднего и заднего рядов подшипника буксы грузового вагона
Номер ролика | 18 | 19 | 20 | 21 | 1 | 2 | 3 | 4 |
Передний ряд | 2,96 | 8,28 | 9,87 | 10,21 | 10,27 | 9,91 | 8,36 | 2,88 |
Задний ряд | 3,4 | 7,73 | 8,86 | 8,78 | 8,7 | 8,76 | 7,78 | 3,44 |
Как и для буксы пассажирского вагона получены законы распределения нагрузок на ролики буксовых подшипников для различных значений вертикальной нагрузки на буксу. На рис. 9.20 представлены зависимости распределения нормальных сил N в зоне контакта наружного кольца подшипника и роликов от нагрузки на буксу Q и положения ролика. Для всего диапазона изменения вертикальных сил, действующих на буксу, в первом положении подшипника нагруженными оказываются восемь роликов, а во втором — семь. Характер этих поверхностей для всего диапазона нагрузок не меняется, для заднего ряда роликов двухмодальный закон распределения нагрузок более выражен при высоких нагрузках на буксу (100...115 кН).
Эквивалентные напряжения в целом по корпусу буксы невелики. Максимальные напряжения 36...40 МПа наблюдаются на ребрах жесткости верхнего свода корпуса буксы.
Рис. 9.20. Поверхности распределений нормальных сил N в зоне контакта наружного кольца подшипника и роликов буксы грузового вагона:
а — передний ряд роликов; б — задний ряд роликов