Пояснительная записка (1219357), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Для оценки прочностных свойств рассматриваемой модели необходимо задать большую плотность сетки, с глобальным размером тетраэдральных элементов 10 мм и допускаемым размером 0,5 мм.

Установка значений для создания сетки в SolidWorks Simulation приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Установка значений для создания сетки в SolidWorks Simulation

Результат нанесения сетки на 3D модель представлен на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Результат нанесения сетки на 3D модель

5.3 Постановка первой задачи

В задаче необходимо нагрузить шкворневое устройство силой тяги, реализуемой при трогании тепловоза с места.

На первом этапе анализа необходимо определить места креплений в исследуемой модели. Если в реальных условиях шкворень при помощи болтов крепится к тумбе, а та крепится к раме тепловоза, то верхнюю часть модели необходимо определить фиксированной геометрией. На втором этапе необходимо приложить силу к месту ее действия. В реальных условиях сила передается через корпус шкворневого узла к боковому упору и распределяется по всей его площади поверхности. К этой поверхности прикладывается сила равная W = 225,75 кН.

Модель расчета с установленным креплением и приложенной нагрузкой изображена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Модель расчета с установленным креплением и приложенной нагрузкой

После проведения симуляции, результаты расчетов представляются в виде эпюры эквивалентных напряжений по шкале «von Mises». Эпюры напряжений представлены на рисунках 5.4–5.5.

Рисунок 5.4 – Эпюра напряжений в продольном сечении (первая задача)

Рисунок 5.5 – Эпюра напряжений в поперечном сечении (первая задача)

Анализируя полученные эпюры, можно заключить, что при трогании тепловоза с места на шкворень будут действовать напряжения, значение которых достигает 67,622 МПа, что не превышает предел текучести материала 240 МПа. Максимальные напряжения возникают в средней части шкворня в продольном сечении. Сопоставив полученный результат с эксплуатационной статистикой, в данных местах фиксируются трещины.

По эпюре напряжений в поперечном сечении видно, что средняя часть шкворня испытывает напряжение в 35 МПа, и с утолщением основного сечения напряженность уменьшается.

На основе полученных эпюр напряжений можно сделать вывод, что по направлению действия силы, слабым участком в модели является средняя часть шкворня.

На основании построенных эпюр можно определить запас прочности материала по шкале «FOS». Эпюры запаса прочности материала приведены на рисунках 5.6–5.7.

Рисунок 5.6 – Эпюра запаса прочности в продольном сечении (первая задача)

Рисунок 5.7 – Эпюра запаса прочности в поперечном сечении (первая задача)

На приведенных эпюрах места, окрашенные не синим цветом, представляют малый запас прочности в конструкции шкворневого узла. Самое малое значение коэффициента запаса прочности приходится на верхнюю часть сферы. Коэффициент запаса прочности в данном месте составляет K = 1,8.

На основе результатов первой задачи можно заключить, что наибольшие напряжения в конструкции шкворня возникают в продольном сечении, т.е. по направлению действия номинальной силы тяги. Максимальное напряжение составляет 67,622 МПа, а коэффициент запаса прочности в слабых местах равен K = 1,8.

5.4 Постановка второй задачи

Во второй задаче необходимо нагрузить шкворневое устройство силой в момент удара, возникающего в результате прекращения боксования колесных пар.

Места действия сил и креплений в модели аналогичны первой задачи. К по-

верхности бокового упора прикладывается сила кН.

Эпюры напряжений представлены на рисунках 5.8–5.9.

Рисунок 5.8 – Эпюра напряжений в продольном сечении (вторая задача)

Рисунок 5.9 – Эпюра напряжений в поперечном сечении (вторая задача)

Анализируя полученные эпюры, можно заключить, что напряжение эквивалентно возросло вместе с силой, и максимальное напряжение составляет 81,147 МПа, которое не превышает предел текучести материала 240 МПа. Максимальные нагрузки возникают в средней части шкворня в продольном сечении.

По эпюре напряжений в поперечном сечении видно, что средняя часть шкворня испытывает напряжение в 42 МПа, и с утолщением основного сечения напряженность уменьшается.

На основании построенных эпюр можно определить запас прочности материала по шкале «FOS». Эпюры запаса прочности материала приведены на рисунках 5.10–5.11.

Рисунок 5.10 – Эпюра запаса прочности в продольном сечении (вторая задача)

Рисунок 5.11 – Эпюра запаса прочности в поперечном сечении (вторая задача)

Самое малое значение коэффициента запаса прочности приходится на верхнюю часть сферы. Коэффициент запаса прочности в данном месте составляет K = 1,5.

Сравнивания полученные результаты эпюр при действии силы в момент удара с номинальной нагрузкой, сфера имеет запас прочности K = 1,5. Это значит, что в момент удара сфера будет иметь на 50 % больше от запаса прочности материала, что является недопустимым значением.

На основе результатов второй задачи можно заключить, что большие напряжения в конструкции шкворня возникают в продольном сечении и коэффициент запаса прочности сферы составляет K = 1,5.

5.5 Постановка третей задачи

В последней задаче необходимо смоделировать ситуацию действия силы на шкворень при прохождении тепловозом кривой с боксованием колесных пар.

Крепления в модели аналогичны предыдущим задачам, а вектор действия силы прикладывается к поверхности бокового упора под углом 3,5° и имеет

значение равное Н.

Направление силы представлено на рисунке 5.12

Рисунок 5.12 – Направление силы в условиях третей задачи

Эпюры напряжений представлены на рисунках 5.12–5.13.

Рисунок 5.12 – Эпюра напряжений в продольном сечении (третья задача)

Рисунок 5.13 – Эпюра напряжений в поперечном сечении (третья задача)

Анализируя полученные эпюры, можно заключить, что максимальное напряжение не изменилось по сравнению с условиями второй задачи и составляет 81,147 МПа. Максимальные нагрузки возникают в средней части шкворня в продольном сечении.

По эпюре напряжений в поперечном сечении видно, что площадь напряжений сместилась в сторону в результате действия силы под углом 3,5°, а максимальное напряжений в поперечном сечении составляет 42 МПа.

На основании построенных эпюр можно определить запас прочности материала по шкале «FOS». Эпюры запаса прочности материала приведена на рисунках 5.15–5.16.

Рисунок 5.15 – Эпюра запаса прочности в продольном сечении (третья задача)

Рисунок 5.16 – Эпюра запаса прочности в продольном сечении (третья задача)

На приведенных эпюрах самое малое значение коэффициента запаса прочности относится к верхней части сферы. Коэффициент запаса прочности в данном месте составляет K = 1,28. Это значит, что в момент удара в кривой сфера будет иметь на 28 % больше от запаса прочности материала, что является недопустимым значением.

Подводя итог по всем результатам анализа, установлено, что слабые места в конструкции шкворневого узла расположены в средней части шкворня и в верхней части сферы. Минимальным коэффициентом запаса прочности при самой большой нагрузке составляет K = 1,28.

5.6 Внесение изменений в конструкцию модели

На основе проведенного анализа по трем задачам, определены слабые места в конструкции шкворневого узла. По полученным результатам предлагается усилить циклическую прочность материалов шкворня и сферы, с целью повышения коэффициента запаса прочности.

Для этих целей предлагается:

- подвергнуть шкворень закалке при температуре 870–890 °С c последующим отпуском при температуре 610–630 °С, чтобы модуль упругости материала составлял 300 МПа;

- подвергнуть сферу закалке при температуре 900–950 °С c последующим старением при температуре 300–400 °С в течении двух часов, чтобы модуль упругости материала составлял 120 МПа.

Для модернизированной конструкции необходимо произвести пересчет напряжений по условиям трех задач. Результаты пересчета эпюр напряжений в продольном сечении приведены на рисунках 5.17–5.19.

Рисунок 5.17 – Пересчет эпюры напряжений по условиям первой задачи

Рисунок 5.18 – Пересчет эпюры напряжений по условиям второй задачи

Рисунок 5.19 – Пересчет эпюры напряжений по условиям третей задачи

На основе полученных эпюр можно заключить, что повышение циклической прочности материалов не уменьшило напряжения в «узких» местах и они остались не измененными.

На основании построенных эпюр необходимо определить коэффициенты запаса прочности материалов по шкале «FOS».

Результаты пересчета эпюр запаса прочности в продольном сечении представлены на рисунках 5.20–5.22.

Рисунок 5.20 – Пересчет эпюры запаса прочности по условиям первой задачи

Рисунок 5.21 – Пересчет эпюры запаса прочности по условиям второй задачи

Характеристики

Список файлов ВКР