Визначення міцності маточини колісного центру при формуванні колісних пар тягового рухомого складу залізниці

Abstract

При формуванні та ремонті колісних пар рухомого складу залізниці виконується примусова посадка колісного центру на вісь колісної пари. Однак, для забезпечення міцності з’єднання необхідно знати максимальну величину натягу (деформацій у маточині), при якій не перевищуються допустимі значення напружень у маточині колісного центру. Оскільки, при їх перевищені на контакті колісного центру та віссі можуть зародитися тріщини втоми, які в подальшому розвиваються і призводять до утворення дефектів колісної пари. Тому актуальною є задача визначення напружено-деформованого стану маточини колісного центру у залежності від величини сили тиску на маточину при посадці колісного центру на вісь та встановлення максимальної допустимої величини натягу. Об’єкт дослідження – маточина колісного центру колісної пари тягового рухомого складу. Предмет дослідження – напружено-деформований стан колісного центру при запресуванні колісного центру на вісь колісної пари. Мета дослідження – провести дослідження міцності маточини колісного центру при формуванні колісних пар тягового рухомого складу із використанням CAD- та САЕ-систем комп’ютерного моделювання. За результатами цієї бакалаврської роботи виконано такі завдання: -проведено аналіз дефектів та причин розвитку дефектів та пошкоджень елементів колісних пар рухомого складу; -побудовано модель з’єднання осі колісної пари із колісним центром тягового рухомого складу; 6 -проведено теоретичний розрахунок напружень, які виникають у маточині колісного центру при формуванні колісних пар тягового рухомого складу; -виконано розрахунок міцності з’єднання колісного центру із віссю колісної пари тягового рухомого складу методом скінченно-елементного аналізу у програмі SolidWorks у залежності від сили тиску на маточину при формування колісної пари. У кваліфікаційній роботі наведено методику оцінювання напружено-деформованого стану з’єднання колісного центру осі та віссі колісної пари із застосуванням сучасних підходів CAD- та САЕ-систем програми SolidWorks. Встановлено, що причиною руйнування колісних центрів та осей колісних пар тягового рухомого складу є зародження тріщин втоми в маточині у результаті порушення технології формування колісних пар. Міцність з’єднання колісного центру та віссі колісної пари забезпечується при максимальній величині натягу рівній 0,08 мм при формуванні колісної пари, що відповідає силі тиску на маточину колісного центру р=77,93 МПа. Визначено, що значення максимальних напружень в маточині колісного центру при р=77,93 МПа складає 243,3 МПа, переміщення маточини становлять 0,212 мм, а деформацій – 9,5·10-4 мм.During the assembly and repair of wheelsets of railway rolling stock, an interference fit of the wheel center onto the axle is performed. However, to ensure the 7 strength of the connection, it is necessary to determine the maximum allowable interference (strain in the hub) at which the stress in the wheel center hub does not exceed permissible limits. Exceeding these limits may lead to the initiation of fatigue cracks at the contact surface between the wheel center and the axle, which may subsequently develop into defects in the wheelset. Therefore, it is relevant to determine the stress-strain state of the wheel center hub depending on the applied pressing force during wheel center installation, and to establish the maximum permissible interference value. Object of the study – the hub of the wheel center of a traction rolling stock wheelset. Subject of the study – the stress-strain state of the wheel center during the press-fit installation onto the wheelset axle. Purpose of the study – to analyze the structural integrity of the wheel center hub during wheelset assembly using CAD and CAE computer modeling systems. The following tasks were completed in the course of this bachelor’s thesis: -an analysis of defects and the causes of damage and deterioration in wheelset elements of railway rolling stock was conducted; -a model of the connection between the wheelset axle and the wheel center of traction rolling stock was developed; -a theoretical calculation of the stresses arising in the wheel center hub during wheelset assembly was performed; -a strength analysis of the connection between the wheel center and the axle of the traction wheelset was carried out using finite element analysis in SolidWorks, depending on the pressing force applied to the wheel center hub during wheelset assembly. The qualification thesis presents a methodology for evaluating the stress-strain state of the connection between the wheel center and axle using modern CAD and CAE approaches in SolidWorks software. It was established that the primary cause of wheel center and axle failures in traction wheelsets is the initiation of fatigue cracks in the hub as a result of improper 8 wheelset assembly practices. The strength of the wheel center-to-axle connection is ensured when the maximum interference is 0.08 mm during assembly, corresponding to a hub pressing force of p = 77.93 MPa. It was determined that the maximum stress in the wheel center hub at p = 77.93 MPa is 243.3 MPa, the hub displacement is 0.212 mm, and the strain is 9.5·10?? mm.