Pages Navigation Menu

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

Страницы: 82-85 Выпуск: 5 (5) () Искать в Google Scholar
Цитировать

Цитировать

Электронная ссылка | Печатная ссылка

Скопируйте отформатированную библиографическую ссылку через буфер обмена или перейдите по одной из ссылок для импорта в Менеджер библиографий.
Вельгодская Т. В. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ШЕСТЕРНИ ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА ЛОКОМОТИВА 2ТЭ10Л / Т. В. Вельгодская, В. В. Иванов, И. А. Гаджиев // Международный научно-исследовательский журнал. — 2012. — №5 (5). — С. 82—85. — URL: https://research-journal.org/technical/analiz-napryazhenno-deformirovannogo-sostoyaniya-shesterni-tyagovogo-reduktora-lokomotiva-2te10l/ (дата обращения: 14.06.2021. ).
Вельгодская Т. В. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ШЕСТЕРНИ ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА ЛОКОМОТИВА 2ТЭ10Л / Т. В. Вельгодская, В. В. Иванов, И. А. Гаджиев // Международный научно-исследовательский журнал. — 2012. — №5 (5). — С. 82—85.

Импортировать


АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ШЕСТЕРНИ ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА ЛОКОМОТИВА 2ТЭ10Л

Вельгодская Т.В.

К. т. н., доцент ОмГУПС

Иванов В.В.

К. т. н., доцент ОмГУПС

Гаджиев И.А.

Cтудент ОмГУПС

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ШЕСТЕРНИ ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА ЛОКОМОТИВА 2ТЭ10Л

Аннотация

Одним из высоконагруженных элементов колесно-моторного блока локомотива является шестерня тягового редуктора, передающая значительный вращающий момент от двигателя. Согласно «Стратегическим направлениям научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги на период  до 2015 г.», утвержденным президентом ОАО «РЖД» 30.08.2007, предполагается увеличение нагрузки на ось до 25-27 тс и повышение скорости движения поездов до 120 км/ч.[1] Таким образом, требования к ресурсу колесно-моторного блока непрерывно возрастают.

Ключевые слова: шестерня, напряженно-деформированное состояние, тяговый редуктор

Key words: gear, stress-strain state

Тяговая шестерня представлена в виде детали из стали 20ХН3А (рис. 1).

 Шестерня тягового редуктора

Рисунок 1 – Шестерня тягового редуктора

Основные механические характеристики стали представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные механические свойства стали

Механическая характеристика

Значение

Плотность, кг/

7850

Предел прочности, МПа

1270

Предел текучести, МПа

1080

Предел усталости, МПа

540

Модуль упругости, МПа

210 000

Коэффициент Пуассона

0,3

Геометрические параметры тяговой шестерни редуктора представлены в табл. 2.

Таблица 2

Основные параметры шестерни

Параметр

Значение

Число зубьев

17

Модуль, мм

10

Угол исходного контура, град

20

Коэффициент коррекции

0,505

Длина общей нормали, мм

79,637

Диаметр окружности выступов, мм

198,88

Передаточное число

4,412

Межцентровое расстояние, мм

468,8

Длина зуба, мм

140

Необходимые для расчета характеристики тягового электродвигателя приведены в табл. 3.

Таблица 3

Основные характеристики тягового электродвигателя

Параметр

Значение

Мощность, кВт

305

Номинальная частота вращения, об/мин

585

Максимальная частота вращения, об/мин

2230

Моделирование напряженно–деформированного состояния производится на основе расчета геометрических параметров пятна контакта на поверхности зубьев шестерни и колеса. Определение параметров основано на решении задачи Герца для двух цилиндров. Расчет параметров пятен контакта описывается математической моделью (1) – (10).

Определим угловую скорость  ωи ω2, c-1:

 

(1)

 
 

(2)

где n1 и n2 – номинальная и максимальная частоты вращения соответственно, об/мин.

Определим момент  на валу  T1 и T2, Нм:

 

(3)

где P – мощность тягового электродвигателя, Вт.

 
 

(4)

 

Определим нормальную силу F1 иF2 , Н:

 

(5)

 

(6)

 

где d – делительный диаметр шестерни, м.

Определим ширину пятна контакта a1 и a2, мм:

 

(7)

 
 

(8)

 

где R1 и R2 – радиусы приведенных цилиндров для зубьев шестерни и колеса соответственно, м;

E1 и E2 – модули упругости материалов шестерни и колеса соответственно, Н/м2.

Максимальные контактные напряжения  и , возникающие при сжатии двух цилиндров, МПа [3,4]:

 

(9)

 
 

(10)

 

В системе трехмерного моделирования «КОМПАС» создана модель, являющаяся прототипом исследуемого объекта (рис. 2).

 

Рисунок 2 – Модель шестерни тягового редуктора

При исследовании напряженно–деформированного состояния шестерни тягового редуктора использовался метод конечных элементов, который дает возможность достаточно полно учесть геометрические формы и реальные условия работы передачи, распределение внешних нагрузок, а также физические свойства используемых материалов.

Разбиение шестерни на конечные элементы производится в соответствии со стандартным алгоритмом тетраэдризации [2, c. 308 – 312]. Трехмерная твердотельная модель шестерни разбивается на 364761 конечных элементов. Количество узлов – 544029, а число степеней свободы составляет 1612953. Результаты разбиения представлены на рисунке 2.

Для получения наиболее точных результатов выполнялось уплотнение сетки конечных элементов в зоне пятна контакта до 0,1 мм, а по рабочей поверхности зуба до 2 мм (рис. 3).

 Трехмерная модель шестерни с нанесенной сеткой конечных элементов

Рисунок 3 – Трехмерная модель шестерни с нанесенной сеткой конечных элементов

Определение напряжений, возникающих в шестерне, производились на ПЭВМ методом конечных элементов с помощью расчетного комплекса SolidWorks Simulation 2012, широко применяемого в настоящее время для решения инженерных задач. Моделирование напряженно-деформированного состояния производим  для момента трогания локомотива, так как при этом возникают большие усилия.

 

 Цветокодированное распределение механических напряжений в материале шестерни при зацеплении с колесом Механические напряжения по критерию Мизеса, МПа

Рисунок 4 – Цветокодированное  распределение механических напряжений в материале шестерни при зацеплении с колесом

Исходя из полученных результатов (рис 4.), можно сказать, что нагрузка распределяется по длине зуба неравномерно. Самые значительные напряжения возникают у краев зуба, а также у ножки зуба в месте сопряжения ее с зубчатым венцом.

Значения механических напряжений равные 633,9 МПа, полученные в результате моделирования, превышают допускаемые предел усталости
(540 МПа) для выбранного материала. Таким образом, повышается риск возникновения и развития такого дефекта, как поверхностное выкрашивание  (питтинг коррозия) металла в полюсной зоне. Кроме того, при моделировании принимались идеализирующие допущения, а в эксплуатации возникает перекос осей ведущей шестерни и колеса, что приводит к изменению формы пятна контакта и существенному увеличению значений механических напряжений. В дальнейшем планируется моделирование напряженно-деформированного состояния тяговой шестерни с учетом перекоса осей.

Литература

1. Гапанович В. А. Белая книга ОАО «РЖД»: Стратегические направления научно-технического развития компании / В. А. Гапанович // Железнодорожный транспорт. 2007. №8. С. 2 – 6

2. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. / Р. Галлагер. М.: Мир, 1948. 428 с.

3. Беляев Н. М. Сопротивление материалов / Н. М. Беляев. М: Наука, 1976. 608 с.

4. Беляев Н. М. Сопротивление материалов / Н. М. Беляев. М: Физматгиз, 1962. 856 с.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.