Розрахунок ходової частини та механізму пересування

Визначення діаметра ходових коліс. Діаметри коліс та ширина обода визначаються або перевіряються розрахунком (значно частіше) на контактні напруження.

Розрізняють колеса (рис2.): з лінійним контактом, коли циліндричний обід котиться по плоскій рейці; з точковим контактом, обід котрих виконаний по сфері з радіусом r₂; двоконусні колеса з лінійним контактом та двоконусні колеса з точковим котактом з клиноподібною рейкою.

Для коліс, що перекочуються по клиноподібній рейці (рис.2, г, д) розраховується нормальний тиск на грані рейки. Нормальний тиск S на кожну грань рейки від вертикальної реакції Q

Якщо на ходове колесо з клиноподібним профілем обода діє горизонтальна опорна реакція Т, то вона створює додатковий нормальний тиск на одну з граней рейки

Тоді підсумковий тиск на одну грань клиноподібної рейки від вертикальної та горизонтальної опорних реакцій буде

При α =90⁰

S₀ = 0, 7(Q + T).

При T > > Q і великих кутах α горизонтальна сила Т може подолати вагу візка й виштовхнути колесо доверху, що призведе до сходження візка з рейок. У зв’язку з цим необхідно проводити перевірку на можливість сходження візка з рейок. Умова надійності проти сходження колеса з клиноподібної рейки

де f_max - максимально можливий коефіцієнт тертя між ободом та головкою рейки (для сталевих колеса та рейки f_max =0, 3).

Рис.2. Розрахункові схеми ходових коліс: а, б – колеса з циліндричним ободом та лінійним контактом з плоскою рейкою; в – колесо із сферичним ободом та точковим контактом з плоскою рейкою; г – двоконусне колесо з лінійним контактом з клиноподібною рейкою; д – двоконусне колесо з сферичними поверхнями ободу та точковим контактом з клиноподібною рейкою; е – схема сил, що діють на клиноподібну рейку

За розрахованими контактними навантаженнями та прийнятими розмірами ходових коліс визначаємо контактні напруження. Ефективне контактне напруження:

в точковому контакті

в лінійному контакті

де k_f -коефіцієнт, що враховує вплив тангенціальних сил тертя (приймається: при середньому режимі роботи k_f =1, 05; при важкому k_f =1, 1);

h-ширина контактної поверхні;

Е -приведений модуль пружності, E = 2E₁E₂ /(E₁ + E₂);

Е₁, Е₂ –модулі пружності матеріала обода колеса та головки рейки;

k -коефіцієнт, який залежить від співвідношення R₂/R₁< 1, де

R₁ – більший, а R₂-менший з радіусів r₁ або r₂;

Р-максимальне навантаження на ободі ходового колеса.

Максимальне навантаження на ходове колесо визначається за формулою

де Р_с-максимальне навантаження на колесо (для плоскої рейки Р_с= Q_max,

для клиноподібної Р_с= S_max);

k_н-коефіцієнт нерівномірності розподілення навантаження по ширині

рейки (для коліс: з точковим контактом k_н=1, 1; з лінійним k_н=1, 2).

Допускне значення контактних напружень вибирають в залежності від твердості НВ обода колеса та терміну експлуатації візка. При середньому режимі роботи та терміні експлуатації візка 10 років допускне значення контактних напружень приймають [σ _e]= (0, 15...0, 2)HB, де НВ-твердість поверхні обода, яка повинна бути HB ≥ 240 кгс/мм².

Таблиця.1. Залежність коефіцієнта k від співвідношення радіусів R₂/R₁

Визначення діаметрів валів та осей ходових коліс. Виходячи з розрахункових сил, які діють на ходові колеса, визначають діаметри їх валів та осей. Вісі ходових коліс розраховують на згинання від дії максимальної сили реакції Q. Розглядаючи вісь як двохопорну шарнірно оперту балку, навантажену зосередженою силою посередині прольоту, визначимо згинальний момент

де L – відстань між підшипниками осі, м;

Q – максимальна реакція колеса, Н.

Діаметр осі ходового колеса

де [σ ] – допускні напруження для матеріалу осі колеса, МПа.

Діаметр вала ходового колеса розраховують на сумісну дію згинального моменту Мз від навантаження Q та крутного моменту М_кр.

Еквівалентний розрахунковий момент на валу

Розрахунковий діаметр вала ходових коліс

Для валів зі сталі 35 [σ ] = 50…60 МПа, а зі сталі 40Х [σ ] = 60…80 МПа.