CC BY
21
Современные технологии. Механика и машиностроение
мы с симметричными и несимметричными массо-инерционными характеристиками следует, что амплитуды колебаний при несимметричных характеристиках увеличились. Таким образом, на динамическое поведение железнодорожного экипажа значительное влияние оказывают массо-инерционные параметры системы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Берже. Геометрия [Текст] / Берже. - М.: Мир, 1984, ч. 1-5.
2. Булгаков Б.В. Колебания [Текст] / Б.В. Булгаков. -М.: Гостехиздат, 1954. - 891 с.
3. Вериго М.Ф. Динамика вагонов. Конспект лекций [Текст] / М.Ф. Вериго. - М.: Транспорт, 1988. - 174 с.
4. Вершинский С.В. Динамика вагона [Текст] / С.В. Вершинский, В.Н. Данилов, В.Д. Хусидов. - М.: Транспорт, 1991. - 360 с.
5. Гарг В.К. Динамика подвижного состава [Текст] / Пер. с англ. / В.К. Гарг, Р.В. Дуккипати. - М.: Транспорт, 1988. - 391 с.
6. Исаев И.П. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта [Текст] / И.П. Исаев, А.А. Перова, А.П. Матвеевичев, И.В. Бирюков. - М.: Транспорт, 1977. - 295 с.
7. Яблонский А.А. Курс теории колебаний [Текст] / А.А. Яблонский, С.С. Норейко. - М. : Высшая школа, 1975. - 250 с.
8. MATHCAD 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95 [Текст] /перевод с англ. - М.: Информационно-издательский дом «Филин», 1996. - 712 с.
УДК 629.4 Ильиных Виктор Анатольевич,
к.т.н., доцент, зав. кафедрой «ПМиИГ» ЗабИЖТ, тел.: 89144555640
Линейцев Владимир Юрьевич,
к.т.н., доцент кафедры «СЖД» ЗабИЖТ, тел.: 89144925894 Рожкова Елена Александровна,
аспирант Иркутского государственного университета путей сообщения, ассистент кафедры «ВиВХ» ЗабИЖТ,
тел.: 89243846617, e-mail: [email protected]
РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТУПИЦЫ С РК-ПРОФИЛЬНЫМ
ОТВЕРСТИЕМ
V.A. Iliinyh, V. YU. Lineycev, E.A. Rozhkova
CALCULATION OF THE TENSE DEFORMED CONDITION OF THE HUB WITH RK-PROFILE HOLE
Аннотация. Суть данной работы состоит в решении следующей задачи: определение законов распределения внедрения натягов, а также определение погонной нагрузки действующей по контуру, в случае, когда ступица насаживается с натягом на вал, а затем проводится несколько аналогичных друг другу опытов, в которых прикладывается крутящий момент различной величины (начиная от минимального значения по нарастающей).
Ключевые слова: РК-профильное отверстие, погонная нагрузка, натяг.
Abstract. Essence given work consists in decision of the following problem: determination of the laws of the sharing the introduction difference diame-
ter, as well as determination of the waited load acting on sidebar when hub is pinned with натягом on gross, but is then conducted several similar to each other experience, in which is put turning moment of the different value (commencing from minimum importance on growing).
Keywords: RK- profile hole, waited load, difference diameter.
Профильные бесшпоночные соединения применяются вместо шпоночных и шлицевых соединений в конструкциях машин и узлов для передачи крутящего момента. Профильное соединение - это подвижное или неподвижное соединение двух соосных деталей, контактная поверхность
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
которых в поперечном сечении имеет форму плавной замкнутой кривой, отличной от окружности. Эти соединения могут быть с гарантированными зазором или натягом, а также с переходными посадками [1]. Актуальностью их исследования является то, что в отличие от традиционных момен-топередающих соединений профильные соединения имеют ряд эксплуатационных и технологических преимуществ:
- усталостная прочность профильных валов до 5-ти раз выше шлицевых;
- приработочный износ в 2,5...3 раза, а интенсивность установившегося износа в 1,8.2,4 раза меньше у РК-профильных соединений, чем у шлицевых [11, 2, 3]. При этом крутильная жесткость первых выше в 1,3.1,6 раза;
- износ эвольвентой поверхности зубьев зубчатых колес с РК-3 профильным соединением в редукторах [3] до 30% меньше, чем у шлицевых;
- шумовые характеристики коробок скоростей с РК-3 профильными соединениями в 3..5 раза меньше, чем у серийных шлицевых коробок горизонтально-фрезерного станка;
- весовая характеристика коробок скоростей и других узлов с профильными соединениями в некоторых случаях может быть уменьшена на 20% и более;
- профильные соединения типа РК-3 обладают свойством автоматического центрирования под передаваемой нагрузкой, что способствует уменьшению как дисбаланса и шумовых характеристик вращающихся узлов, так и их износа;
В инструментальном производстве применение в дисковых, червячных, цилиндрических, торцевых фрезах и других инструментах профильного соединения взамен шпоночного не только увеличивает прочность фрез, но и повышает их стойкость до 50% [2].
К достоинствам профильных соединений можно также отнести возможность применения упрочняющей технологии наклепа, раскатки, а также поверхностного напыления износостойких материалов на профильные поверхности валов и ступиц с последующей обработкой.
К недостаткам профильных соединений можно отнести наличие распорных усилий. В связи с их наличием не рекомендуется применять профильные соединения типа РК и КК с малым количеством граней в тех случаях когда:
- крутящий момент передается при одновременном осевом перемещении зубчатого колеса (в этом случае рекомендуется применять профильные соединения типа РКс и ККс);
- зубчатое колесо имеет тонкостенную ступицу.
Область применения таких соединений широка. Профильные соединения в практике машиностроения известны еще с XIV века [1]. В машиностроении зарубежных стран профильные соединения используются в коробках скоростей и гитарах токарных полуавтоматов, выпускаемых фирмой «Pitller», в двигателях строительных машин «Volvo», кузнечнопрессовом оборудовании и других механизмах и машинах.
Профильные соединения могут быть использованы как в силовых механизмах для передачи большого крутящего момента, так и кинематических для точной передачи вращательного движения при относительно небольших значениях крутящего момента, а также в реверсивных механизмах [2].
Существует множество разновидностей профильных соединений. Кривые профильных соединений можно разделить на два вида:
первый - непрерывные;
второй - прерывные (срезанные).
В свою очередь каждый из этих видов кривых профильных соединений делится на два подвида.
Первый подвид:
- профильные кривые с равноосным контуром, т. е. с нечетным количеством граней (РК -профиль: РК-1, РК-3, РК-5, РК-7 и т. д., где 1, 3, 5, 7 и т. д. - количество граней (кратность) профильной кривой);
- профильные кривые с криволинейным контуром, т. е. с четным количеством граней - КК-профиль (КК-2, КК-4, КК-6, КК-8 и т. д.).
Второй подвид:
- профильные кривые с равноосным контуром, у которых контурная кривая имеет срезанный по вершинам вид - РКс-профиль (РКс-1, РКс-3, РКс-5, РКс-7 и т. д.).
- профильные кривые с криволинейным контуром, у которых контурная кривая имеет срезанный по вершинам вид - ККс-профиль (ККс-2, ККс-4, ККс-6, ККс-8 и т. д.).
В машиностроении наиболее часто применяются следующие профильные соединения: с тремя гранями (РК-3); с тремя срезанными (РКс-3); с четырьмя срезанными (ККс-4) и с пятью гранями (РК-5 и РКс-5).
Предметом исследования являются РК-профильные соединения с числом граней, равным трем (РК-3). РК-3 профильное соединение обладает свойством равноосности (РК - равноосный кон-
Современные технологии. Механика и машиностроение
тур), что значит неизменность расстояния между двумя параллельными касательными.
Из литературных источников следует, что широкие исследования проводились для профильных соединений с равноосным контуром с гарантированным зазором. Установлено, что данный вид соединений может применяться для разборных неподвижных нереверсивных моментопере-дающих соединений.
В то же время научный интерес представляет исследование РК - профильных соединений с гарантированным натягом, которые могут применяться в качестве неразборных неподвижных реверсивных соединений в различных узлах станков и машин. Как показал литературный обзор, сведения о расчетах данного вида соединений не приведены или просто отсутствуют.
Целью исследования является разработка методов расчета и конструирования «РК-3» - профильных соединений с гарантированным натягом.
Пример РК-3 профильного вала и отверстия ступицы, а также их геометрические характеристики представлены на рис. 1.
а) б)
Рис. 1. РК-3 профильные детали
Для каждого соединения предусмотрена своя посадка, т.е. характер соединения сопрягае-
мых деталей, определяемый зазором или натягом, а именно разностью их размеров до сборки в соответствии с назначенным допуском. Посадки с гарантированным натягом применяют для получения неподвижных неразъёмных соединений, причём относительная неподвижность сопрягаемых деталей обеспечивается благодаря упругим деформациям, возникающим при соединении вала с отверстием ступицы. При этом наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему.
В то время как для цилиндрических соединений вала и ступицы в основном применяют посадки с натягом, типа: н 7, Н7 , Н 7, н7 в сис-
р6 г 6 s6 /6 теме отверстия, посадки с натягом в профильных соединениях типа РК слабо изучены.
Суть данной работы состоит в решении следующей задачи, а именно: определение законов распределения геометрических натягов, а также определение закона изменения погонной нагрузки, действующей по контуру профильной кривой, в случае, когда ступица насаживается с натягом на вал. Расчётная схема, поясняющая поставленную задачу, представлена на рис. 2.
Рис. 2. Расчётная схема к определению напряжённо-деформированного состояния РК-3 профильного соединения вал-ступица
Для решения данной задачи доцентом, кандидатом технических наук Забайкальского института железнодорожного транспорта В.Ю. Линей-цевым была разработана оригинальная программа, основанная на базе MathCAD. Алгоритм программы состоит из следующих процедур действий. На
а) вал б) отверстие
- диаметр вписанной окружности * d2
- диаметр средней окружности (Я - её радиус) Dрк=2R Dрк=2R
-диаметр описанной окружности D2
- диаметр срезанной окружности Dрк Dрк
- эксцентриситет профиля e e
- радиус-вектор профиля Р Р
- угловой параметр профиля и и
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
основе диссертационных исследований доцента В.А. Ильиных [4] была получена зависимость контактного давления Рк от крутящего момента Мкр при расчёте РК-профильного соединения с
зазором. Для аналитического отображения производилась «оцифровка» данной графической зависимости. Был получен массив данных. Затем производилась аппроксимация графиков по методу наименьших квадратов (МНК) при помощи подобранных математических функций. Далее по основным параметрам равноосного контура (расчётный диаметр, равный 50 мм, эксцентриситет, равный 1,8 мм, количество граней (кратность) равное трём, и угловой параметр профиля ф = 0,00\..2л(рад.)) выводились уравнения РК-3 профильной кривой в параметрическом виде в координатах ХУ, а затем в полярных координатах р(ф). После расчета РК-3 профильной кривой проверялось построение контура РК-профиля. Задавались параметрические матрицы вышеуказанных посадок с натягом РК-профильного соединения диаметром 50 мм и определялись радиальный и нормальный натяги (мкм) в соединении при нагрузке. Была получена зависимость нормального натяга в соединении от крутящего момента, прикладываемого к РК-3 профильному соединению. Аппроксимировался график натяга по методу наименьших квадратов для интервала значений крутящего момента: 5 Н м, 40 Н м, 80 Н м, 120 Н м, 160 Н м, 200 Н м. После вышепроделанных процедур формировалась полная матрица результатов (см. табл. 1).
Как показал анализ результатов, геометрический нормальный натяг изменяется по гармоническому закону вида:
= АП1 ■ 008(3 + )+Иг, где Аи; - амплитуда аппроксимации натяга в мкм,
N - геометрический нормальный натяг в соединении, до приложения нагрузки, мкм;
^ - фаза аппроксимации натяга в радианах,
ф = 0,00\..2л(рад.) - угловой параметр профиля.
В соответствии с матрицей итоговых расчётных результатов, приведённых в программе, изменяя номер посадки и тип отклонения (натяг), получили табл. 1 с данными зависимости постоянной нагрузки и параметрами вышеприведенного уравнения.
Таблица 1
Числовые значения параметров от постоянной нагрузки и типа посадки
^ et
го и О с с
Hi
Рб
H,
о: I-го х
о: х х ш
X
о ^
а: I-
о с
с
Е
X го
Е
с
Е
х го
Е
с
'ЕЕ
х го
Е
с
'ЕЕ
х го
Е
LT1 С0
LГ) ■sf
LO
гм
СТ1 гм
LO
LO
m
Крутящий момент M„ Н^м
о. й
^ S
LO
гм г-*
" ln
ю ID
CD тЧ
ln
ГМ ьл
О, 00
^ S
ln ^
ГМ г-*
" Ln
ЧЭ тЧ
СТ1 гм
ln
гм ьл
сп
ln
<4 £
Ю
СП гм Г-* тЧ ln
ГМ ьл
СП 5
ln ^ ГМ
" ln
Ю to СП гг) Г-> гЧ ln
гм ьл
ln г"1
to f^ гм" r^
00 Ln о ГГ) гЧ
ю
1л ГМ~ т-Н
Г-* тЧ
СП ГГ)
ln ,-н
ю
^t ln
m
СП ГГ) ln ,-н
ю
^t ln
00 гЧ
о et
<D in
ю
et 1л
fN ,-н
СП ГГ) ^ ,-H
Ю
et Ln fN ri
00 Ln
О et
<D гЧ Ю
et m
ГМ~ <H
Ln Ol СП et
00 2
oo 3
СП г4
гЧ
" ln
m "
£ щ
" ln
£ m
S) ^
00 гЧ СП
Г-Ч Ln
SS ^
00 гЧ СП
г-ч |_П
ГП ,4
Ln to
S) 1/1
00 ТЧ
СП
ln
Я 2 £ £
¡с ^
ID Ш гЧ
fc ^ с^. Ln
со ,-i
m
Ln to
ln гЧ
fc г-
ГГ) ,-i
" ln ID m гч
fc ^
m см
Ln to
m гч
rn ,-i
ET ^
ID ln гЧ
ГГ) ,-i
m et Ln to ln Г-* СП
ln
m
" CT1 ID
m гч %
C^, Ln
rn ,-i
CM ^
to f44
Ln Г4
to f^
^
Ю tH
ln
& LT)
гм ln
■5t ln
из
гм ю
ln
■5t
ю
ln
гм ю
ln
ю
^ оо
Ю гЧ ln
et ,-i
Используя числовые значения параметров табл. 1, можно вычислить, задав тип посадки, тип натяга (max или min) и величину нагрузки, значе-
r
6
s
6
t
6
Современные технологии. Механика и машиностроение
ние интересующей нас функции Ы в зависимости от угла внедрения р профиля вала.
Примерный вид РК-3 профильного соединения под действием нагрузки и без нагрузки представлен на рис. 3.
Рис. 3. РК-3 профильное соединение под действием нагрузки и без нагрузки
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
- определен аналитический вид изменения геометрического нормального натяга в РК-профильном соединении. Установлен гармонический вид его изменения;
- получены числовые результаты параметров
уравнения геометрического нормального натяга в
РК-профильном соединении для различных посадок с натягом от внешней нагрузки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Моргунов А.П. Разработка и обеспечение прочности профильных неподвижных неразъемных соединений. Автореферат дис. на соиск. ученой степени докт. техн. наук, Омск, Ом ГТУ, 1998 - 38 с.
2. Тимченко А.И. РК-профильные соединения и их применение в различных отраслях промышленности // СТИН.- 1993.- № 2. - С. 13-18.
3. Индаков Н.С. Технологическое управление эксплу-тационными свойствами РК-профильных соединений. - Автореферат. Брянский институт транспортного машиностроения, 1979, с. 21.
4. Ильиных В.А. Расчет и выбор конструктивных параметров профильных соединений с равноосным контуром. Автореферат дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. - М.: МВТУ, 1987. - 16 с.
5. Косов М. Г. Автореферат дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. - М.: Станкин, 1986 - 24 с.
6. Лашнев С.И., Борисов А.Н., Емельянов С.Г. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами: Монография/ Курск. гос. техн. ун-т. - Курск, 1997. - 391 с.
УДК 629.46
Налабордин Денис Геннадьевич,
ассистент кафедры «ВиВХ» ЗабИЖТ, тел.: 89144356571
ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
D.G. Nalabordin
ASSESSMENT OF SAFE OPERATION OF FREIGHT CARS
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы безопасной эксплуатации грузовых вагонов и значимость факторов, определяющих степень риска транспортного происшествия при существующем уровне качества выполнения плановых ремонтов.
Ключевые слова: безопасность движения поездов, риск транспортного происшествия.
Abstract. The article discusses the safe operation of freight cars and the importance of factors determining the risk of accident at the existing level of quality of performance of planned repairs.
Keywords: traffic safety, the of accident.
Для обеспечения безопасности движения в условиях перехода на новую систему планово-предупредительного ремонта и увеличения межремонтного ресурса грузовых вагонов необходимо не просто устранять причины допущенных нарушений безопасности, но и создать эффективную систему предупреждения на основе глубокого анализа статистической информации об отказах. Это необходимо для того, чтобы принять все меры и, по возможности, исключить в дальнейшем вероятность нарушения безопасности.
