|
|
||||||||||||||
Тел: +7(391)254-8445
|
ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Анализ распределения напряжений
|
![]() |
![]() |
Рис. 2. Распределения напряжений
|
Рис. 3. |
Сравнение результатов (см. рис. 4) КЭ-анализа и результатов аналитического моделирования показывает, что полученные с их помощью значения контактных давлений качественно одинаковы, а количественно различаются незначительно. Расхождение объясняется тем, что традиционные расчеты деталей машин ведутся по средним напряжениям в опасных сечениях и с учетом различных экспертных коэффициентов, учитывающих реальные условия работы. Приведённое сопоставление результатов КЭ- моделирования рассмотренной задачи с известным решением, приведённым в [3] показывает его корректность и эффективность в рассматриваемом классе задач.
Рис. 4. Сравнение результатов КЭ-анализа с решением [3]
Опишем теперь применение разработанной уточнённой методики к анализу резьбового соединения элементов оси колёсной пары. В частности, рассмотрим контактное взаимодействие витков резьбы болта М20, фиксирующего положение на торце оси упорной шайбы, препятствующее смещению буксового узла вдоль рассматриваемой оси. При КЭ- моделировании между противоположными (относительно поверхности возможного контакта) узлами разбивки введены контактные элементы типа GAP, усилия в которых появляются только после сближения узлов в направлении перпендикулярном к поверхности контакта [4]. Анализ показывает, что в рассматриваемом болтовом соединении нагрузка на первый виток составляет примерно 16 % от общей величины осевой нагрузки.
Нагрузка, приходящаяся на второй рабочий виток, в 1,3 раза меньше, чем нагрузка на первый виток. Максимальный коэффициент концентрации напряжений в резьбовом соединении «болт – ось» (рис. 5) имеет место во впадине под первым рабочим витком болта, находящимся в зацеплении с резьбой в оси, и составляет Kσ = 3,5.
![]() |
![]() |
Рис. 5. Распределение нормальных напряжений σx в сечении болта М20 |
Рис. 6. Распределения контактных давлений по виткам в резьбовом соединении М20 |
Концентрация затягивающего усилия на нескольких первых витках стандартной резьбы часто ведёт к срыву или вытягиванию первых витков внутренней резьбы, т. е. к её ослаблению. Под действием циклической эксплуатационной нагрузки в указанных зонах могут локализоваться усталостные трещины. Для увеличения ресурса работоспособности рассматриваемых соединений могут быть использованы специальные профили резьбы. Для сравнительной оценки распределения контактных давлений с помощью разработанной численной методики было осуществлено моделирование деформирование эксплуатационной нагрузкой резьбового соединения типа SELF-LOCK [5]. Характерной особенностью рассматриваемого типа соединений является то, что его болт может использоваться совместно со стандартной наружной резьбой метрического типа. Комбинация стандартной метрической резьбы болта с резьбой гнезда, выполненной по стандарту SELF-LOCK, позволяет использовать данное резьбовое соединение многократно, без срывов или вытягивания первых витков внутренней резьбы, и ослабления в целом резьбового соединения.
Объясняется это тем, что использование в резьбовом соединении для внутренней резьбы профиля SELF-LOCK позволяет распределять нагрузку более равномерно по всем виткам внутренней резьбы, т. е. на всю её длину [5]. В тех случаях, когда болты подвергаются длительному воздействию переменных нагрузок и вибрации, они могут раскручиваться. Причина этого в том, что во время затяжки болты растягиваются подобно пружине под действием большой нагрузки, и только трение препятствует раскручиванию болтового соединения.
![]() |
![]() |
Рис. 7. Эпюра интенсивности напряжений в элементах резьбового соединения М20 типа self-lock |
Рис. 8. График распределения контактных давлений по виткам в соединении self-lock |
![]() |
Рис. 9. Сравнение распределения напряжений в стандартной резьбе и в self-lock методом фотоупругости [5] |
Представленные на рис. 7-8 результаты численного анализа, осуществлённого с помощью разработанной методики, а также известные результаты экспериментальных исследований (рис. 9) показывают, что профиль типа SELF-LOCK создаёт более равномерное по виткам резьбы распределение контактных давлений. Таким образом, указанный профиль позволяет более эффективно, чем широко применяемая метрическая резьба, препятствовать как раскручиванию болтового соединения, так и его разрушению.
1. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. – М., 1975.
2. Биргер И.А. Иосилевич Г. Б. Резьбовые и фланцевые соединения. – М., 1990.
3. Рычков С.П. Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran. – М. :
ДМК пресс, 2013.
4. Каталог продукции фирмы FRANKEN GmbH & Co. KG.
ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТА ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Анализ распределения напряжений в резьбовых соединениях
оси колёсной пары на примере торцевого крепления обоймы
подшипника шайбой
А.В. Кулешов, А.А. Кудлацкий, Л.Б. Цвик
УДК 628.88