Пояснительная записка (1231879), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

При прохождении электровозом кривого участка пути, в точке контакта колеса и рельса возникает нормальная сила реакции рельса на давление гребня (сила давления гребня). Ее вертикальная составляющая стремится вынудить вращающееся колесо перемещаться вверх по боковой поверхности рельса, а горизонтальная составляющая (направляющая сила) направляет экипаж в рельсовой колее [6]. Направляющая сила рассчитывается по формуле (3,25):

. 3.25

где β – угол наклона образующей гребня бандажа, равен 70°;

µ - коэффициент трения, равен 0,2;

Y_б – боковая сила.

Боковая сила рассчитывается по формуле (3.26):

. 3.26

где к_ук – коэффициент запаса устойчивости колеса против схода с рельсов;

П – вертикальная нагрузка на колесо, равна 117,5 кН;

[к_ук] – принимаемый коэффициент запаса устойчивости колеса против схода с рельсов, принимается равным в пределах от 1,4 до 1,5.

Коэффициент запаса устойчивости колеса против схода с рельсов рассчитывается по формуле (3.27):

. 3.27

Если принять [к_ук] равным 1,45, то в соответствии с формулой 3.26 боковая сила будет равна:

кН.

Тогда направляющая сила в соответствии с формулой (3.25) будет равна:

кН.

Во время статического анализа в пакете SolidWorks Simulation принимается сила, действующая на узел крепления ТЭД, равная 10 % от направляющей силы, т.е. 14,41 кН.

В данном разделе были рассмотрены силы и нагрузки, действующие на узел крепления тягового электродвигателя в эксплуатации; рассчитана реакция на подвеске от действия тягового момента и величина предварительного сжатия шайб, эти данные необходимы для задания нагрузки, при расчете модели в пакете SolidWorks Simulation.

4 ОПИСАНИЕ 3D МОДЕЛИ

Собранная модель узла крепления тягового электродвигателя к раме тележки электровоза 2ЭС5К показана на рисунке 4.1, она состоит из валика, втулки, подвески, кронштейна, двух дисков и двух резиновых шайб. Ниже описаны процессы создания моделей кронштейна, подвески и шайбы, так как они представляют наибольшую сложность при моделировании. Процесс создания модели валика и втулки не описываются, по причине того, что детали не представляют сложности при моделировании и создаются при помощи одного эскиза. При построении сборки между деталями заданы условия сопряжения концентричность и совпадение.

Рисунок 4.1 – Сборочная 3D модель подвески тягового двигателя

На рисунке 4.2 изображен продольный разрез сборочной модели, на котором разными цветами выделены элементы сборки.

Рисунок 4.2 – Разрез 3D модели

Внешний вид модели кронштейна представлен на рисунке 4.3. Модель кронштейна построена на основе 23 эскизов.

Рисунок 4.3 – Внешний вид 3D модели кронштейна. Слева направо: вид спереди,

вид сбоку, вид сверху, вид снизу.

Процесс построения модели кронштейна условно можно разделить на 4 части. В основе модели лежит эскиз, созданный на плоскости «сверху», который был вытянут при помощи инструмента «вытянутая бобышка» на необходимое расстояние, изображение эскиза приведено на рисунке 4.4. Затем на плоскости «спереди» был изображен второй эскиз, вытянутый на заданное расстояние аналогично первому, рисунок 4.5.

Рисунок 4.4 – Скриншот эскиза из программы SolidWorks

Рисунок 4.5 – Скриншот эскиза из программы SolidWorks

Для создания ребер жесткости, были нарисованы эскизы в плоскости «сверху» и вытянуты на необходимое расстояние, как показано на рисунках 4.6 и 4.7. последующие построения связаны с созданием заданных вырезов, уклонов, фасок, скруглений и отверстий.

Рисунок 4.6 – Скриншот процесса построения ребер жесткости в программе SolidWorks

Рисунок 4.7 – Скриншот процесса построения ребер жесткости в программе SolidWorks

Внешний вид модели подвески представлен на рисунке 4.8. Модель подвески построена на основе 15 эскизов.

Рисунок 4.8 – Внешний вид 3D модели подвески

Процесс построения модели подвески условно можно разделить на 2 части. Основная часть подвески построена при помощи вытянутых бобышек различного диаметра, между которыми выполнены скругления. Для создания головки подвески, был нарисован эскиз в плоскости «справа», как показано на рисунке 4.9, после чего эскиз был вытянут на нужное расстояние.

Рисунок 4.9 – Скриншот построения головки подвески в программе SolidWorks

Для создания резьбы подвески, при помощи инструмента «геликоид и спираль» была создана спираль диаметром 60 мм и 12 оборотами, как показано на рисунке 4.10. Последующие построения связаны с созданием заданных вырезов, уклонов, фасок и скруглений.

Рисунок 4.10 – Скриншот построения резьбы подвески в программе SolidWorks

Модель резиновой шайбы была создана при помощи инструмента «повернутая бобышка» на основе эскиза, показанного на рисунке 4.11. Внешний вид 3D модели шайбы показан на рисунке 4.12.

Рисунок 4.11 – Скриншот эскиза шайбы из программы SolidWorks

Рисунок 4.12 – Внешний вид 3D модели шайбы

В данном разделе были построены 3D модели деталей узла крепления ТЭД к раме тележки электровоза, из которых создана сборочная модель, которая может быть рассчитана на различные виды анализа с помощью пакета SolidWorks Simulation.

5 АНАЛИЗ 3D МОДЕЛИ

CAE (computer aided engineering) – общее название для программ, предназначенных для инженерных расчетов конструкций и анализа физических процессов, связанных с ним. С помощью CAE-систем можно решать два типа задач: разработка новых конструкций и проверка существующей конструкции. CAE-системы могут применяться совместно с CAD-системами. Одной из таких CAD-систем является SolidWorks со встроенными CAE-модулями. Solid Works Simulation – CAE-модуль, основанный на методе конечных элементов и предназначенный для проведения прочностного анализа. В настоящее время метод конечных элементов (МКЭ) является стандартом при решении задач механики твердого тела посредством численных алгоритмов. Популярный в свое время метод конечных разностей, а также претендовавший на универсальность метод граничных элементов (граничных интегральных уравнений) сейчас занимают достаточно узкие ниши, ограниченные исследовательскими или специальными задачами. МКЭ занял лидирующее положение благодаря возможности моделировать широкий круг объектов и явлений. Абсолютное большинство конструктивных элементов, узлов и конструкций, изготовленных из самых разнообразных материалов, имеющих различную природу, могут быть рассчитаны посредством метода конечных элементов. При этом нужно учитывать неизбежные при любой численной аппроксимации условности и погрешности. Поэтому вопрос соответствия между расчетной моделью и реальностью является основным при использовании программ анализа. Несмотря на то, что такие программы имеют более или менее подробную документацию, они все равно остаются в определенной степени черными ящиками. Это означает определенную непредсказуемость результатов, а также некоторый произвол в их интерпретации. Следовательно, качество заключений, принимаемых на основе результатов, всецело зависит от квалификации, а также, применительно к расчету на прочность, принципиального знакомства с основами МКЭ.

В данном дипломном проекте будет произведен статический анализ узла крепления ТЭД к раме тележки электровоза 2ЭС5К в программе SolidWorks Simulation, для этого был произведен анализ неисправностей объекта, его конструкция и силы, действующие на подвеску тягового электродвигателя в эксплуатации.

5.1 Статический анализ на прочность узла крепления ТЭД под действием веса двигателя

Для получения расчетных данных необходимо закрепить модель, приложить силу, создать сетку, применить материалы к деталям и задать условия контакта между компонентами модели. Модель закрепляется зафиксированной геометрией в отверстиях кронштейна под болтовые соединения, имитируя крепление шестью болтами к остову тягового электродвигателя. Вторым креплением выступает имитация рамы тележки, закрепленная посредством инструмента «ролик-ползун», такой тип крепления позволяет перемещаться всей конструкции в вертикальной плоскости под действием приложенной силы. Внешний вид модели с местами закреплений показан на рисунке 5.1. Перед началом расчетов в 3D модели кронштейна на всех острых кромках выполнены скругления радиусом 1 мм, для более правильного построения сетки конечных элементов, а также на гайке и на подвеске убрана резьба, так как напряжения, возникающие в резьбовом соединении, не представляют интереса при расчете.

Рисунок 5.1 – Места закрепления модели

После закрепления модели, необходимо приложить силу, действующую на объект исследования. Так как в состоянии покоя подвеска ТЭД воспринимает только вес половины двигателя, то в данном случае применена нормальная сила величиной 21,07 кН, полученная в результате расчетов в пункте 3, приложенная к раме тележки снизу вверх, как показано на рисунке 5.2. Такой способ задания силы упрощает исследование, в связи с отсутствием необходимости моделирования остова двигателя, и одновременно дает полное и правильное представление о характере перемещения узлов модели и возникающих при этом напряжениях и деформациях.

Рисунок 5.2 – Направление действия приложенной силы

Следующим этапом создается сетка конечных элементов. Процесс начинается с создания геометрической модели. Затем программа делит модель на маленькие части простой формы (элементы), соединенные в общих точках. Программа анализа конечных элементов рассматривает модель как сеть дискретных связанных между собой элементов. Метод конечных элементов прогнозирует поведение модели при помощи сопоставления информации, полученной от всех элементов, составляющих модель. Создание сетки – очень важный этап в анализе конструкции. Автоматический создатель сетки в программе создает сетку на основе глобального размера элемента, допуска и характеристик локального управления сеткой. Управление сеткой позволяет задать разные размеры элемента для компонентов, граней, кромок, вершин. Программа определяет размер элемента для модели, принимая во внимание ее объем, площадь поверхности и другие геометрические характеристики. Размер создаваемой сетки зависит от геометрии и размеров модели, допуска сетки, параметров управления сеткой и характеристик контакта. На рисунке 5.3 показаны настройки создаваемой сетки. При создании сетки детали высокого качества автоматический создатель сетки создает параболические тетраэдральные твердотельные элементы [8]. Внешний вид модели, после создания сетки показан на рисунке 5.4.

Характеристики

Список файлов ВКР