Изменения

Ось — стержень, на концах которого помещаются колёса. Оси бывают вращающиеся и неподвижные (относительно колеса). В отличие от вала, ось не предназначена для передачи крутящего момента[1].

 

 

 

Ось — стержень, на концах которого помещаются колёса. Оси бывают вращающиеся и неподвижные (относительно колеса).  

 

В отличие от вала, ось не предназначена для передачи крутящего момента.

 

[[Файл: Image004.gif|1000px|thumb|center|Конструкция оси колесной пары.]]

 

 

*шейки 1 для установки под­шипников качения, благодаря которым колёсная пара имеет возможность свободно вращаться;

 

Такие оси маркируются РУ–1 Ш.

__TOC__

__TOC__

==Классификация==

==Классификация==

Оси различаются:

Оси различаются:

*размерами основных элементов — в зависимости от величины воспри-нимаемой нагрузки;

*размерами основных элементов — в зависимости от величины воспринимаемой нагрузки;

*формой шейки — для подшипников скольжения или качения (роликовых);

*формой шейки — для подшипников скольжения или качения (роликовых);

*формой поперечного сечения — сплошные или полые.

*формой поперечного сечения — сплошные или полые.

*по технологии изготовления.

*по технологии изготовления.

На рисунке показаны стандартные оси вагонов широкой колеи СССР.

На рисунке показаны стандартные оси вагонов колеи 1520 мм.

==Конструкция==

==Конструкция==

Для ограничения перемещений подшипников скольжения на концах шеек имеются бурты. Поскольку бурты препятствуют насадке роликовых подшипников, на концах шеек осей для таких подшипников имеются резьбовые части для гаек, а на торцах выполнены пазы, каждый с двумя резьбо- выми отверстиями для размещения и крепления болтами стопорных планок.

[[Файл: оси.jpg|400px|thumb|right|Вагонные оси: а — для роликовых подшипников; б — для подшипников скольжения; в — шейка оси с креплением подшипников приставной шайбой; г и д — профили задней галтели шейки; е — центровое отверстие осей типов РУ и РУ1; ж— то же осей типов РУ1Ш и III]]

Для удобного размещения подшипников наружные части оси, называемые шейками, имеют цилиндрическую форму. Такую же форму имеют участки оси, на которых укрепляются ступицы колес, и потому называемые подступичными частями оси. Между шейками и подступичными частями находятся предподступичные части оси, на которых размещаются задние уплотняющие детали букс.

Основной деформацией в оси является деформация поперечного изгиба. Поэтому в соответствии с эпюрой изгибающих моментов наименьший диаметр имеют шейки, наибольший — подступичные части, авсредней части имеются конические переходы от подступичных частей к середине оси. Увеличение диаметра подступичной части оси обусловлено также наличием напряжений от насадки колеса и влиянием коррозии грения. Для снижения концентрации напряжений в местах изменения диаметров имеются плавные сопряжения — галтели, выполненные определенными радиусами (см. рис. V.2). Уменьшение концентрации напряжений, вызванных посадкой деталей роликового подшипника, достигается устройством разгружающей канавки у начала задней галтели шейки оси (рис. V.2, г).

Переход от подступичной части к средней может выполняться и без галтели (см. III вариант). В этом случае увеличивается на 11 кг масса оси и усложняется обточка подступичных частей при ремонте.

 

подшипников приставной шайбой; г и д — профили задней галтели шейки;

е — центровое отверстие осей типов РУ и РУ1; ж— то же осей типов РУ1Ш и III

Применяется и другой способ ограничения роликовых подшипников от перемещений по шейке оси — приставной шайбой, для крепления которой на торцах оси предусматривают по три резьбовых отверстия. Ось при этом (рис. V.2, в) получается короче, а ее изготовление удешевляется. Осп такой конструкции также предусмотрены стандартом и изготовляются некоторы¬ми заводами (например, Стахановским вагоностроительным).

Применяется и другой способ ограничения роликовых подшипников от перемещений по шейке оси — приставной шайбой, для крепления которой на торцах оси предусматривают по три резьбовых отверстия. Ось при этом (рис. V.2, в) получается короче, а ее изготовление удешевляется. Осп такой конструкции также предусмотрены стандартом и изготовляются некоторы¬ми заводами (например, Стахановским вагоностроительным).

На торцах всех осей предусмотрены центровые отверстия (рис. V.2, ей ж) для установки оси или колесной пары в центрах токарного станка.

На торцах всех осей предусмотрены центровые отверстия (рис. V.2, е и ж) для установки оси или колесной пары в центрах токарного станка.

Оси колесных пар вагонов, оборудованных дисковым тормозом, а также оси, на которых смонтирован привод генератора, имеют посадочные поверх¬ности для ступиц тормозных дисков или деталей редуктора.

Оси колесных пар вагонов, оборудованных дисковым тормозом, а также оси, на которых смонтирован привод генератора, имеют посадочные поверх¬ности для ступиц тормозных дисков или деталей редуктора.

В табл. V.3 приведены регламентированные ГОСТ 22780—77 основные размеры (см. рис. V.2) и допускаемая нагрузка для стандартных осей ва¬гонов широкой колеи, кроме вагонов электро- и дизель-поездов.

Технические требования на оси для подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм регламентрованы ГОСТ 31334-2007.

 

Уменьшение допускаемых нагрузок для осей пассажирских вагонов по сравнению с осями грузовых вагонов обусловлено более высокими ско¬ростями движения пассажирских поездов и необходимостью обеспечения большей безопасности движения.

Уменьшение допускаемых нагрузок для осей пассажирских вагонов по сравнению с осями грузовых вагонов обусловлено более высокими ско¬ростями движения пассажирских поездов и необходимостью обеспечения большей безопасности движения.

Ось типа РУ отличается от оси III типа меньшим диаметром шейки, поскольку при роликовых подшипниках отпадает потребность в значительном езерве на возможные в эксплуатации переточки шеек, характерные для осей с подшипниками скольжения.

Ось типа РУ отличается от оси III типа меньшим диаметром шейки, поскольку при роликовых подшипниках отпадает потребность в значительном езерве на возможные в эксплуатации переточки шеек, характерные для осей с подшипниками скольжения.

Уменьшение диаметра шейки оси позволяет уменьшить размеры, массу и стоимость буксового узла с роликовыми подшипниками, а также снизиты динамические нагрузки, обусловленные этой массой. Поэтому оси РУ1 и РУ1Ш, предназначенные для подшипников с наружным диаметром 250 мм, имеют еще меньшие диаметр и длину шейки по сравнению с осью РУ, используемой для подшипников с диаметром 280 мм.

Уменьшение диаметра шейки оси позволяет уменьшить размеры, массу и стоимость буксового узла с роликовыми подшипниками, а также снизиты динамические нагрузки, обусловленные этой массой. Поэтому оси РУ1 и РУ1Ш, предназначенные для подшипников с наружным диаметром 250 мм, имеют еще меньшие диаметр и длину шейки по сравнению с осью РУ, используемой для подшипников с диаметром 280 мм.

Оси изготовляют из углеродистой стали марки Ос В, которая согласно ГОСТ 4728—79 имеет следующий химический состав (в %) : углерода—0,40—0,48; марганца—0,55—0,85; кремния—0,15— 0,35; фосфора — не более 0,04; серы — не более 0,045; хрома — не более 0,3; никеля — не более 0,3; меди — не более 0,25. Механические свойства металла оси после ее изготовления согласно ГОСТ 4008—79 должны удовлетворять нормам, указанным в таблице. Гарантийной срок эксплуатации оси установлен 8,5 лет, а срок службы — 15 лет.

Оси изготовляют из углеродистой стали марки Ос В, которая согласно ГОСТ 4728—79 имеет следующий химический состав (в %) : углерода—0,40—0,48; марганца—0,55—0,85; кремния—0,15— 0,35; фосфора — не более 0,04; серы — не более 0,045; хрома — не более 0,3; никеля — не более 0,3; меди — не более 0,25. Механические свойства металла оси после ее изготовления согласно ГОСТ 4008—79 должны удовлетворять нормам, указанным в таблице. Гарантийной срок эксплуатации оси установлен 8,5 лет, а срок службы — 15 лет.

Поскольку нестационарный режим нагружения при вращении колес¬ной пары вызывает в оси знакопеременные напряжения с амплитудами из¬меняющейся величины, большое значение имеют меры по повышению пре¬дела выносливости осевой стали [95]. К таким мерам, осуществленным в по¬следние годы, относятся обточка средней части осин упрочнение всей оси накаткой роликами, а также контроль ультразвуком, позволяющий выявить оси с крупнозернистой структурой метал¬ла. Целесообразность и способы осу¬ществления таких мероприятий рас¬сматриваются в курсе «Технология вагоностроения и ремонта вагонов». Там же объясняется процесс изготов¬ления осей способом поперечно-вин¬товой прокатки. Цех для этого высо¬копроизводительного процесса по¬строен на Днепровском металлурги¬ческом заводе. В результате попереч¬но-винтовой прокатки расход металла на заготовку оси сокращается на 15%. Такой оси присвоен Государствен¬ный знак качества, а специалисты, создавшие прокатный агрегат «250» и комплексную технологию массового производства осей, в 1978 г. были удостоены Государственной премии СССР.

Повышение усталостной прочности материала оси может быть также достигнуто совершенствованием термической обработки. Например, индук¬ционная закалка по сравнению с обычной термообработкой, согласно япон¬ским исследованиям, повышает предел выносливости вдвое. Однако, как показали выполненные в СССР исследования, при этом резко снижается прочность прессового соединения таких осей с колесами.

Поскольку нестационарный режим нагружения при вращении колесной пары вызывает в оси знакопеременные напряжения с амплитудами изменяющейся величины, большое значение имеют меры по повышению предела выносливости осевой стали. К таким мерам, осуществленным в последние годы, относятся обточка средней части осин упрочнение всей оси накаткой роликами, а также контроль ультразвуком, позволяющий выявить оси с крупнозернистой структурой металла. Целесообразность и способы осуществления таких мероприятий рассматриваются в курсе «Технология вагоностроения и ремонта вагонов». Там же объясняется процесс изготовления осей способом поперечно-винтовой прокатки. Цех для этого высокопроизводительного процесса построен на Днепровском металлургическом заводе. В результате поперечно-винтовой прокатки расход металла на заготовку оси сокращается на 15%. Такой оси присвоен Государственный знак качества, а специалисты, создавшие прокатный агрегат «250» и комплексную технологию массового производства осей, в 1978 г. были удостоены Государственной премии СССР.

Как известно, напряжения поперечного изгиба распределяются нерав¬номерно по сечению детали, достигая наибольшей величины в наружных волокнах и наименьшей — во внутренней части. Поэтому для рассматривае¬мых условий целесообразно заменить сплошное сечение полым. Например, вал полого (кольцевого) сечения с наружным диаметром 125 мм и внутрен¬ним 75 мм имеет площадь сечения, а следовательно, и массу на 30% меньше, чем вал сплошного сечения диаметром 120 мм, хотя моменты сопротивления изгибу и кручению (прочность) сечений обоих валов одинаковы.

Повышение усталостной прочности материала оси может быть также достигнуто совершенствованием термической обработки. Например, индукционная закалка по сравнению с обычной термообработкой, согласно японским исследованиям, повышает предел выносливости вдвое. Однако, как показали выполненные в СССР исследования, при этом резко снижается прочность прессового соединения таких осей с колесами.

На этом основано стремление применять полые оси колесных пар вместо осей сплошного сечения. Кроме того, при изготовлении полых осей удается достичь улучшения структуры и механических свойств металла. Например, по данным Ассоциации американских железных дорог, предел выносливости полой оси, изготовленной из толстостенной трубы, составлял 132 МПа в средней части и 93 МПа в месте напрессовки колеса, а у осей сплошного сечения эти показатели соответственно равны 121 и 62—83 МПа

Как известно, напряжения поперечного изгиба распределяются неравномерно по сечению детали, достигая наибольшей величины в наружных волокнах и наименьшей — во внутренней части. Поэтому для рассматриваемых условий целесообразно заменить сплошное сечение полым. Например, вал полого (кольцевого) сечения с наружным диаметром 125 мм и внутренним 75 мм имеет площадь сечения, а следовательно, и массу на 30% меньше, чем вал сплошного сечения диаметром 120 мм, хотя моменты сопротивления изгибу и кручению (прочность) сечений обоих валов одинаковы. На этом основано стремление применять полые оси колесных пар вместо осей сплошного сечения.  

Изучались оси, изготовленные из толстостенных труб путем высадки шеек и подступичных частей, полученные центробежной отливкой, выпол¬ненные высверливанием внутренней части. Учитывается опыт применения полых осей для отечественных локомотивов и за рубежом. Колесные пары с полыми осями применяют на железных дорогах Швейцарии и неко¬торых других стран Западной Европы. Однако создание надежных колесных пар с полыми осями является сложной задачей, о чем, в частности, свиде¬тельствует опыт США. В 1943 г. там для массового изготовления полых осей был создан специальный цех, но впоследствии из-за частого повреждения такие оси стали изымать из эксплуатации.

 

Кроме того, при изготовлении полых осей удается достичь улучшения структуры и механических свойств металла. Например, по данным Ассоциации американских железных дорог, предел выносливости полой оси, изготовленной из толстостенной трубы, составлял 132 МПа в средней части и 93 МПа в месте напрессовки колеса, а у осей сплошного сечения эти показатели соответственно равны 121 и 62—83 МПа.

 

Создание надежных колесных пар с полыми осями является сложной задачей, о чем, в частности, свидетельствует опыт США. В 1943 г. там для массового изготовления полых осей был создан специальный цех, но впоследствии из-за частого повреждения такие оси стали изымать из эксплуатации.

В 1964—1965 гг. Уральский вагоностроительный завод изготовил опытную партию полых осей (1000 шт.). В отличие от американских и преж¬них отечественных конструкций эти полые оси имели диаметр подступичных частей больший, чем у сплошных осей. При этом использовались стандарт¬ные колеса за счет соответствующей расточки отверстия в ступице.

Колесные пары, сформированные с такими полыми осями, подвергались лабораторным и эксплуатационным испытаниям [94]. Было установлено, что предел выносливости во всех частях полых осей не ниже, а чувствитель¬ность к концентрации напряжений меньше, чем у стандартных сплошных осей.

При создании колесных пар с полыми осями особое внимание уделяется обеспечению надежного соединения колеса с осью. Это объясняется тем, что в первых опытных партиях колесных пар с полыми осями усилия, необходимые для распрессовки колес, оказались ниже усилий напрессовки. У колесных пар со сплошными осями распрессовочные усилия, по которым судят о прочности соединения колеса с осью, обычно больше напрессовочных.

Несущая способность, оцениваемая произведением предела выносливо¬сти на момент сопротивления сечения изгибу, в подступичной части полой оси на 15% превышает этот показатель для сравниваемой сплошной оси.

В 1964—1965 гг. Уральский вагоностроительный завод изготовил опытную партию полых осей (1000 шт.). В отличие от американских и прежних отечественных конструкций эти полые оси имели диаметр подступичных частей больший, чем у сплошных осей. При этом использовались стандартные колеса за счет соответствующей расточки отверстия в ступице.

Рис. V.3. Полая ось для крепления роликовых подшипников приставной шайбой (одной звездочкой обозначены размеры, обусловленные технологией изготовления, двумя звездочками — для справок)

[[Категория:Механическое оборудование вагонов]]

Прочность прессовых соединений колесных пар с полыми осями, оце¬ниваемая величиной усилий распрессовки, после двухлетней эксплуатации вагонов (пробег 169 тыс. км) в среднем на 9% выше, чем у колесных пар со стандартными сплошными осями.