Вал может испытывать изгиб разного вида (чистый, по­перечный и их комбинацию). Типичным примером тако­го соединения является соединение колесной пары рель­сового транспорта (рис. 3.12).

С целью изучения влияния различных видов изгиба на прочность соединения колесной пары были проведе­ны опыты на образцах диаметром 75 мм с длиной сту­пицы 63 мм. Испытания проводили в приспособлении (рис. 3.13), которое устанавливали на гидравлический

Пульсатор, обеспечивающий нагружение вала плоским переменным изгибом.

Рис. 3.12. Схема нагружения вала колесной пары

На каждом образце изучали прочность при трех видах изгиба I—III. Переход от одного вида нагружения к другому достигался с помощью съемной тяги 8, а также путем переноса точки прило-

ЖёНия силы от пульсатора в промежуточное положение на рычаге 6. При нагружении I силу прикладывали в точке А при установлен­ной тяге 8. Для получения эпюры II тягу снимали, а для III на­грузку прикладывали в точке Б. Для осевых смещений (распрессов­ки) модели колеса применяли гидродомкрат 12, который позволял смещать колесо в статических условиях и при переменном изгибе.

Сопрягаемые поверхности колеса (сталь 45) и вала (сталь OcJI ГОСТ 4728—72) обрабатывали шлифованием. Сборку производили механическим путем со смазкой поверхностей вареным растительным маслом. Натяги у соединений находились в пределах 0,07—0,085 мм, что соответствовало средним давлениям 55—65 МПа.

В опытах точку 4 приложения нагрузки поворотом рычага 6 Переносили с левой стороны иа правую, в результате эпюры мо­ментов становились зеркально отображенными указанным на рнс. 3.14. Это позволяло с помощью одного н того же домкрата ими­тировать распрессовку в противоположные стороны относительно эпюр моментов, хотя направление смещения колеса по валу сохра­нялось прежним. Максимальные усилия при осевом смещении мо­дели колеса определяли по величине давления масла в домкрате, напряжения от изгиба вала контролировали расчетом и тензомет- рированнем.

При всех видах изгиба прочность соединения линейно зависит от аа. Вместе с этим прочность образца зависит от вида изгиба и может быть неодинаковой при смеще­ниях в противоположные стороны. При консольном или комбинированном переменном изгибе оси прочность соединения меньше, если колесо смещать в ту сторону, где ось испытывает меньшее (или совсем не испытыва­ет) напряжение изгиба, а при смещении в другую сто­рону прочность будет выше.

Опытные данные были обработаны с использованием эмпирической зависимости (р/)ДИн=Р/ст — Ф'°'а + Р"°а) где о'а и о'а — соответственно амплитуды напря­

Жений от консольного и двустороннего (относительно колеса) изгиба оси с соответствующими коэффициентами Р' и р".

В результате обработки данных получено, что с точ­ностью до 15% связь между удельной прочностью в ди­намических и статических условиях укладывается в эм­пирическую зависимость

(р/)дин = Р/ст -[(0,065 ± 0,015) о'а + 0,05а;] D/L. (3.3)

Знак плюс в формуле показывает направление сме­щения колеса в сторону меньшего напряжения изгиба.

Смещения моделей колес в условиях статического зафиксированного изгиба оси вала при всех видах ее нагружения и направления распрессовки были одинако­вы и от величины от не зависели.

Были проведены также натурные испытания на стен­де конструкции ВНИТИ (рис. 3.14), который позволяет определить усилия распрессовки колеса в процессе на­гружения оси круговым изгибом с частотой вращения 300 об/мин, что эквивалентно скорости движения под­вижного состава 60—70 км/ч. Диаметр подступичной части оси составлял 235 мм при длине посадки 190 мм.

Натурный образец 6 устанавливают на опоры 14 с подшипни­ками качения 8. К колесу болтами 5 крепят нагружающий диск 4 С подшипником 3, через который с помощью тяг 12 и тарирован­ной пружины 13 прикладывалась нагрузка. Вращение колеса осу­ществлялось электродвигателем 11 через клиноременную передачу 10. Смещение (распрессовка) колес в различные стороны осуще­ствлялось домкратами 1, размещенными непосредственно на оси и вращающимися вместе с ней. Уплотнение гидравлической систе­мы в процессе вращения колееа обеспечивалось резиио-фтороплас - товыми уплотнениями 9. Масло в гидродомкраты нагнеталось на­сосом высокого давления. Усилия распрессовки измеряли маномет­ром, а также определяли по напряжениям в тарированных стерж­нях-толкателях 2, 7. Показанная на рис. 3.14, б схема нагружения и эпюра моментов соответствует нагружеиию колесной пары (см. рис. 3.12) при одновременном действии на нее вертикальных FB и боковых Y усилий (натяжение ремней клиноременной передачи н его влияние на эпюру моментов не учитывалось). Положение подшипника 3 на нагружающем диске 5 обеспечивало отношение изгибающих моментов (напряжений ста) от нагрузки Fв к моменту от усилия Y, равное 1,7, что при принятых в тепловозостроении
диаметре колес и длине шейки оси соответствует условию, когда F,/Y=: 1. Отверстия ступиц колес протачивали (параметр шерохова­тости Ra—2,5...5 мкм), а посадочные части осей шлифовали (Ra— = 1,25...2,5 мкм). Оси запрессовывали в колеса на гидравлическом прессе со смазкой поверхностей сопряжения вареным растительным маслом. Натяги составляли 0,14—0,28 мм, что обеспечивало средние давления 4,25—85,0 МПа. Усилия запрессовки составляли 650— 1500 кН.

Зависимость прочности на сдвиг изучали путем неод­нократных смещений колеса на 0,5 мм в противополож­ных направлениях как при вращении колеса, так и в статических условиях. На рис. 3.15 приведены результа­ты испытаний на прочность одного из восьми испытан­ных соединений. Напряжения Оа max СООТВеТСТВуЮТ ЗЭМе - ренным, а оРтах получены пересчетом замеренных напряжений с отнесением их в плоскость центра круга катания колеса.

Из рассмотрения этих данных следует, что прочность соединения колеса с осью зависит от величины перемен­ных напряжений в оси и неодинакова при различных на­правлениях смещения. В случае, когда колесо надвигают на ту сторону осн, где последняя испытывает меньшее напряжение изгиба, прочность посадки меньше (прямая Н), чем при смещениях колеса в противоположную сто­рону (прямая В). При определенных значениях напря­жений изгиба прочность соединения может снижаться до нуля и при этом колесо перемещается по оси без внешней осевой нагрузки, т. е. происходит самораспрес - совка. Перемещение колеса относительно оси происходит по направлению от более нагруженной части оси к менее

Нагруженной. Когда в одном из соединений произошла самораспрессовка, то с помощью того домкрата, на который надвигалось колесо, было замерено усилие, ко­торое надо приложить, чтобы воспрепятствовать этому перемещению. Это усилие при cramax=H0 МПа оказа­лось равным 160 кН (точка С на рис. 3.15).

Проверкой прочности посадок при статическом изги­бе до напряжений от= 110 МПа установлено, что усилия распрессовки не зависят от величины напряжений от и направления смещения. Опытные данные по испытанию натурных образцов укладываются в эмпирическую зави­симость (3.3). В случае, когда статическая прочность соединения известна, удобно пользоваться видоизменен­ной эмпирической формулой

_ „ <(2 ±0,5)+ <-1,5 , .

F„ = гст-------------------------------------- , где МанМа — перемен-

A

Ные изгибающие моменты от консольного и равномерного двустороннего изгибов оси относительно ступицы; Fn— Прочность на сдвиг при переменном изгибе оси; FcТ — Прочность в статических условиях.