Предельные величины удельных давлений для пар трения

Наименование пары трения	Предельная вели-чина удельного давления, МПа
Опорные поверхности пятников и подпятников:
· 4-х и 6-осных грузовых, изотер­мических и пассажирских вагонов,	6,5
· 8-осных грузовых вагонов,	5,5
Опорные поверхности боковых скользунов:
· при постоянной опоре кузова на скользуны,	2,5
· при эпизодической опоре на скользуны,	4,0
Рабочие поверхности фрикционных демпферов в тележках грузовых и пассажирских вагонов.	3,0
Поверхности трения шарнирных со­единений рычажных передач тор-моза с износостойкими втулками и других силовых шарниров.	80,0

Примечание:

1. Площадь поверхностей трения подсчитывается по номинальным размерам без учета галтелей и допусков.

2. Расчетная площадь шарнира определяется как произведение диаметра ва­лика на длину втулки.

2.15.1. Верхние пояса боковых стенок полувагонов и открытых ваго-нов-хопперов для условий разгрузки на вагоноопрокидывателях рассчи-тываются по I расчетному режиму на одновременное дей­ствие верти-кальной и горизонтальной нагрузок, равномерно ра­спределенных по ши-рине обвязки на длине 0,8 м средней части пролета обвязки между со-седними стойками. Расчетная вертикаль­ная сила принимается равной:

, (2.20)

 

где:

P бр - сила тяжести вагона брутто;

n - количество упоров (зажимов) вагоноопрокидывателя, принимается равным 8.

Горизонтальная поперечная сила принимается равной 0,25 q_в.

2.15.2. Крышки горизонтально расположенных разгрузочных люков по-лувагонов, элементы их крепления и запоры рассчитыва­ются по III рас-четному режиму на равномерно распределенную по площади крышки нагрузку, состоящую из силы тяжести брутто на крышку по п.2.2.3 и ди-намической нагрузки по формуле 2.1 для V констр.

Кроме того, элементы каркаса крышки рассчитываются по III режиму на приложенное в центре крышки, сосредоточенное на площади 25·25 см усилие 50 кН; на действие этой силы рассчиты­ваются также глухие горизонтальные полы полувагонов.

Образцы вновь проектируемых крышек разгрузочных люков и элемен-ты их крепления должны быть также проверены на проч­ность при следу-ющих схемах нагружения:

· при падении крышки на упоры при разгрузке полувагона, загруженного до полной грузоподъемности железной рудой, щеб­нем или другим не менее тяжелым кусковым грузом;

· при падении на закрытую крышку при погрузке вагона кускового груза общей массой до 2 т (при массе отдельных кусков до 100 кг) с высоты 3 м;

· при падении на закрытую крышку отдельных кусков груза мас­сой 150 кг с высоты 3 м.

2.15.3. Полы и поддерживающие их элементы рамы крытых ва­гонов, для загрузки которых предусматривается использование электропогрузчи-ков и (или) автопогрузчиков, должны рассчиты­ваться на две отстоящие друг от друга на 1,0 м силы по 0,03 МН каждая, сосредоточенные на площадках 0,15·0,15 м в любом месте пола.

Для пола изотермического вагона эти силы, приложенные к на­польным решеткам, принимаются равными 0,02 МН и отстоящими друг от друга на 0,75 м.

Полы и поддерживающие их элементы рамы платформ рассчи­тывают-ся на две отстоящие друг от друга на 1,8 м силы по 0,05 МН каждая, сосредоточенные на площадках 0,25·0,25 м в любом месте пола (колес-ная нагрузка).

При расчете прочности отдельной доски настила пола, свободно наб-ранного в шпунт, влияние соседних досок учитывается умень­шением ра-счетной нагрузки на 10%, настила пола, набранного в четверть - на 5%. При укладке пола из металлического листа, ар­мированных склеенных щитов (в том числе многослойной фане­ры), щит (панель) рассматривае-тся как цельная пластина.

2.15.4. Торцевые борта платформ, кронштейны для их опирания и кон-цевая часть рамы рассчитываются на вертикальные силы 0,05 МН, при-ложенные на расстоянии 1,8 м друг от друга или посредине торцевых крон­штейнов с обеих сторон платформы, а также на силу 0,035 МН, ра­спределенную на площадке 0,25*0,25 м посредине борта.

2.15.5. Консольная часть рамы платформы, используемой для перевозки тяжеловесных колесных и гусеничных накатных грузов, должна рассчитываться на прочность при действии вертикальной нагрузки (в виде одной или двух сосредоточенных сил), приложен­ной к концевой балке, оп-ределяемой из условия устойчивости от продольного опрокидывания по-рожней платформы или обезгружива­ния второй (дальней) тележки.

 

2.16. Для всех типов вагонов в качестве основных расчетных сил, при-кладываемых к вагону при его ремонте, принимаются та­кие, которые возникают при подъемке груженого (экипированного) и порожнего кузова домкратами, установленными в точках, преду­смотренных в техническом задании на проектирование.

Рекомендуется предусматривать возможность подъемки груже­ного ва-гона под концы шкворневых балок (одной или двух), а для 4-х и 6-осных грузовых вагонов, кроме того, подъемку груженого кузова под один конец шкворневой балки для смены элементов рессорного комплекта или ко-робки бокового скользуна тележки, а также под концевую балку в точках, расположенных над рельсами. Рекомендуется проверять возможность подъемки порожнего кузова под концы шкворневых балок, расположенных по диагонали.

На рамах кузовов должны быть предусмотрены и обозначены проект-ные места для установки домкратов и ставлюг.

Допускается не производить расчетов на силы, возникающие при подъ-емке порожнего кузова, если эти режимы нагрузок прове­ряются экспери-ментально при испытаниях опытного образца.

2.17. Силы, вызванные специальными технологическими прие­мами, учитываются в расчете элементов вагона, подвергаемых су­щественным деформациям при изготовлении и сборке. К таким приемам относятся: зап-рессовка, горячая посадка, другие виды сборки с заданным натягом, за-неволивание пружин, а также пред­варительное напряжение кузовов. Си-лы, возникающие в результате клепки, сварки, резки и гибки материала в процессе изготовления деталей, в расчете обычно не учитываются.

2.18. По требованию заказчика при проектировании вагонов должна быть предусмотрена возможность их перевозки на морских паромах. Та-кие вагоны должны иметь приспособления для закрепления их на паро-мах судовыми инвентарными устройствами. В общем случае вагоны и эти приспособления рассчитываются на прочность по условию бокового крена судна до 30о, при одновременном дей­ствии боковой инерционной силы, соответствующей ускорению до 1,0 g и вертикальной, соответствующей ускорению 0,5 g, а также по условию продольного (килевого) крена до 10опри одновременном действии продольного ускорения, равного 0,2 g, и вертикального ускорения до 1,0 g.

3. ОБЩИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ВАГОНОВ

3.1. Общие положения

3.1.1. При проектировании вагонов и их узлов должны быть обеспечены необходимая несущая способность всех элементов, предназначенных для восприятия эксплуатационных нагрузок и требуемые ходовые качества вагонов, обеспечивающие безопас­ность движения в заданных условиях эксплуатации.

3.1.2. Несущая способность вагонных конструкций оценивается приме-нительно к установленными настоящими нормами величи­нам и сочета-ниям расчетных нагрузок по допускаемым значениям:

напряжений;

запасов сопротивления усталости;

запасов устойчивости;

прогибов (деформаций).

В каждом конкретном случае расчеты должны выполняться по тем кри-териям, которые являются наиболее характерными для ус­ловий работы данного элемента.

Расчет элементов кузовов вагонов производится по допускае­мым напряжениям и запасам устойчивости.

Расчет элементов ходовых частей и отдельных элементов кузо­вов (рам) вагонов производится по допускаемым напряжениям и запасам сопротивления усталости.

Расчет по допускаемым деформациям обязателен при проекти­ровании таких элементов, чрезмерные деформации (прогибы) кото­рых могут явиться причиной нарушения работоспособности вагона или узла, а также при проектировании амортизаторов, рессор, ста­билизаторов и т.п. Расчеты напряжений и деформаций произво­дятся, как правило, в преде-лах упругой работы материала.

3.1.3. Ходовые качества вагона оцениваются по допускаемым значе-ниям:

коэффициентов динамики элементов вагона;

боковых сил, действующих от колесной пары на раму тележ­ки (рамных сил);

вертикальных и горизонтальных ускорений кузова;

показателей плавности хода (для пассажирских и рефрижера­торных вагонов);

коэффициентов запаса устойчивости вагона против опрокидывания и схода с рельсов.

3.1.4. Для расчета элемента или узла вагона на каждый вид на­грузки составляются расчетные схемы (механо-математические мо­дели), в кото-рых должны быть адекватно отражены условия нагру­жения и деформи-рования проектируемых конструкций.

Расчетные схемы в зависимости от конструкции элемента или узла и характера действующих сил могут представлять собой прост­ранственные и плоские рамы, фермы, балки, стержни, кривые брусья с различным зак-реплением концов и на различных опорах; балки-стенки, оболочки, тон-костенные стержни, балки, плиты или пластины на упругом основании и другие.

Расчетные схемы стерж­невых систем в зависимости от преобладающе-го характера дефор­мации образуются осевыми линиями, проходящими через центры тяжести или через центры изгиба сечений элементов.

Рекомендации по расчетным схемам кузовов, тележек, колесных пар элементов автосцепного и тормозного оборудования и их узлов, приве-дены в Главах 5-9.

3.1.5. Геометрические параметры сечений определяются, исходя из номинальных размеров элементов. При этом для несущих кон­струкций из углеродистых и низколегированных сталей, кроме нержавеющих, расчет-ная толщина элементов сечений принимается с учетом уточнения вслед-ствие коррозии за срок службы конструк­ций на основе физико-химических и эксплуатационных свойств применяемых защитных лакокрасочных или других покрытий, ожидаемых условий эксплуатации и обслуживания, а также требо­ваний технического задания.

Ориентировочные средние скорости коррозии элементов вагона и долговечности типовых лакокрасочных покрытий для универса­льного под-вижного состава приведены в Приложении 4.

3.2. Основные положения расчетов на прочность.

3.2.1. Напряжения в элементах конструкции вагона должны оп­ределя-ться современными методами сопротивления материалов, тео­рии упру-гости и строительной механики. Оценку напряженно-деформированного состояия элементов и узлов вагона рекомендуется прово­дить методом конечных элементов (МКЭ). Целесообразно приме­нять пакеты приклад-ных программ "Прочность", "Спринт", "Лира" и др., ориентированных на персональные электронно-вычисли­тельные машины (ПЭВМ).

3.2.2. При расчете сложно напряженных элементов вычисляются эквивалентные напряжения, которые не должны превышать допус­каемых, установленных для соответствующего расчетного режима.

Эквивалентные напряжения определяются по формулам:

для пластичных материалов, при одноосном растяжении или сжатии [x] и сдвиге []:

(3.1)

и при двухосном растяжении или сжатии [x,y] и сдвиге []

(3.2)

для хрупких материалов, при одноосном растяжении или сжа­тии [x] и сдвиге []:

(3.3)

и при двухосном растяжении или сжатии [x,y] и сдвиге []

(3.4)

где:

, а _bи '_b- абсолютные значения пределов прочности при растяжении и сжатии соответственно.

Для древесины или других анизотропных, в том числе полимер­ных и композитных, материалов эквивалентные напряжения не оп­ределяются, а о прочности их судят путем сопоставления нормаль­ных и касательных напряжений, действующих вдоль и поперек во­локон или осей однород-ности механических свойств, с соответ­ствующими допускаемыми на-пряжениями (Таблицы 10.2, 10.3, 10.4).

3.2.3. В тонкостенных стержнях небольшой длины (когда длина меньше 2,5 периметров поперечного сечения) с незамкнутым про­филем сечения наряду с обычно учитываемыми напряжениями от растяжения (сжатия), изгиба, сдвига и кручения учитываются на­пряжения, вызванные стесне-нием депланаций сечений.

В тонкостенных стержнях с замкнутым профилем поперечного сечения учитывается неравномерность распределения напряжений от изгиба по ширине или высоте сечения, обусловленная местным эксцентричным присоединением дополнительных элементов (рис.3.1).

 

 

Рис.3.1.

Эта неравномерность учитывается формулой:

(3.5)

где:

M и W - соответственно изгибающий момент и момент сопротивления в сечении I-I.

k - коэффициент неравномерности распределения напряжений для случая, показанного на рис.3.1 равен:

J - момент инерции основного сечения стержня (без присоединенного элемента);

- момент инерции сечения грани;

J гр - момент инерции сечения присоединенного элемента;

2c - длина эксцентрично присоединенного элемента;

где:

и h - толщина и высота грани;

- коэффициент Пуассона;

e - основание натуральных логарифмов.

3.2.4. При определении геометрических параметров поперечных се-чений (площади, момента инерции и момента сопротивления) для расче-тов на прочность и устойчивость и изгиб кузова тонко­стенной конструкции учитываются элементы набора (каркаса) и часть сечения примыкающей к ним листовой обшивки.

Под элементами набора (каркаса) кузова понимаются как при­варенные к обшивке продольные и поперечные жесткие элементы (обвязки, стринге-ры, стойки, дуги), так и заменяющие их гофры и выштамповки самой обшивки.

При толщине стальной обшивки 3 мм и алюминиевой 4 мм при-нимается, что ширина каждой из примыкающих полос об­шивки, работа-ющих совместно с элементом набора, не превышает 20.

При толщине стальной обшивки 3 5 мм и алюминиевой 4 6 мм учитываемая ширина полос обшивки принимается равной 25.

При толщине стальной обшивки 5 мм и алюминиевой 6 мм учитывается ширина полос обшивки 30.

В балках - стенках для учета степени участия листа в работе на изгиб рекомендуется в расчет вводить редукционный коэффициент, умень-шающий расчетную площадь сечения листа. Редукцион­ный коэффициент определяется по формуле:

(3.6)

где:

b - высота листа между элементами продольного набора;

b n- приведенная высота листа, вводимая в расчет балки-стенки;

кр- критические напряжения в листе, определяемые формулой (3.31);

- действительные напряжения в листе.

Редукционный коэффициент находится методом последователь­ных приближений.

Рекомендации по учету ширины обшивки B для различных схем сече-ний элементов (при толщине стальной обшивки 3 мм и алюминиевой обшивки 4 мм) приведены в Таблице 3.1.

Таблица 3.1

Схема сечения	Учитываемая ширина об­шивки B
	При а 20и b 20 B = 40
	При а < 20и b 20 B = a + 20
	При а 20, b 20, c 40 B = 80 При а 20, b 20, c < 40 B = 40 + c При а < 20, b 20, c < 40 B = 20 + a + c
	При а 20, b 20 B = 40 + r /2 При а < 20, b 20 B = 20 + r /2 + a
	При а 20, b 20 B = 40 + S При а < 20, b 20 B = 20 + S + a где S -длина дуги криволиней­ной части
	При а 20, b 20, c < 40 B = 40 + c + S При а 20, b < 20, c 40 B = 60 + b + S где S - суммарная длина частей контура 1-2 и 3-4 (предпо-лагается, что длина прямоли-нейной части каждого из отрез-ков 1-2 и 3-4 не боль­ше 40)

3.2.5. Для деталей вагонов, работающих в условиях длительного и ин-тенсивного воздействия динамических нагрузок должен произ­водиться ра- счет на сопротивление усталости при многоцикловом нагружении. Расчет выполняется с учетом вероятностного рассеи­вания характеристик сопро-тивления усталости детали и случайного характера ее динамического нагружения.

При расчете принимается, что:

* критерием отказа детали является появление развивающейся трещины длиной 10-15 мм, видимой невооруженным глазом;

* кривая усталости имеет вид mi N i = const во всем диапазоне долговечностей (числа циклов N i);

* при суммировании учитывается спектр повреждающих ампли­туд динамических напряжений, при этом используется гипотеза линейного суммирования повреждений в виде (для большинства деталей вагонов а= 1);

* не учитывается асимметрия циклов динамических напряжений, влияние которой на накопление усталостных повреждений ре­альных вагонных конструкций мало.

Расчет сопротивления усталости производится по коэффициенту запаса по формуле:

(3.7)

где:

_a,N- предел выносливости (по амплитуде) натурной детали при симме-т­ричном цикле и установившемся режиме нагружения при базовом числе циклов N o. Для конструкций из сталей принимается N o = 10⁷.

a,э- расчетная величина амплитуды динамического напряжения услов­ного симметричного цикла, приведенная к базовому числу циклов N₀, эквивалентная по повреж­дающему действию реальному режиму эксплу-атационных случайных на­пряжений за проектный срок службы детали;

[ n ] - допускаемый коэффициент запаса сопротивления усталости (см.Табл.3.2)

Таблица 3.2

Рекомендуемые допускаемые коэффициенты запаса сопротивления усталости [ n ]

 

Вариант	Исходные условия расчета	Значе-ние [ n ]
А	При использовании статистически надежных экспери­ментальных данных по пределу выносливости a,N и пара-метру эксплуатационной нагруженности детали a,э с учетом доверительных вероятностей P 0,95	1,2 1,3 1,5
Б	При использовании статистически надежных экспери­мен-тальных данных по a,N при P 0,95 и приближенных данных по нагруженности a,э, определяемых расчет­ным путем по установленным нормативам динамичес­ких сил или при ис-пользовании средневероятных данныхпо по a,N (при P 0,5) и надежных экспериментальных данных по a,э (при P 0,95)	1,5 1,7 1,8
В	При использовании приближенных данных по a,N ,опре­деля-емых расчетным путем или экспертной оценкой при P 0,5 и данных по нагруженности a,э, определяемых расчетным путем по установленным нормативам дина­мических сил	1,9 2,1 2,2

Примечание:

1. В каждом варианте условий расчета А, Б и В значения допускаемых коэф­фициентов запаса относятся:

первое - к элементам кузовов всех типов;

второе - к тележкам, сцепным и тормозным устройствам:

третье - к колесным парам вагонов и их связям с рамой тележки.

2. При применении специальных уточненных методов расчета конкрет-ных узлов и деталей конструкций вагонов могут использоваться соот-ветственно обосно­ванные, уточненные значения допускаемых коэффи-циентов запаса.

Предел выносливости детали может теоретически определяться с помощью теории подобия усталостного разрушения, в основе которой лежит соответствие меж­ду характеристиками сопротивления уста-лости образцов материала и деталей сложной геометрической формы, при учете технологических факторов.

Предел выносливости натурной детали (узла, конструкции) можно определить экспериментально путем проведения ускорен­ных стендовых испытаний. Тогда расчетное значение _a,Nопреде­ляется по формуле:

(3.8)

где:

- среднее (медианное) значение предела выносливости натурной де­тали;

z p- квантиль распределения, соответствующий односторонней вероятности P; если принять, что _a,N- случайная величина, имеющая нормальный закон распределения, то для основных несущих деталей вагонов рекоменду­ется принимать P = 0,95 и z p = 1,645;

_a,N- коэффициент вариации предела выносливости детали.

Значения _a,Nдля деталей из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей допускается принимать равными:

· для сварных рам и балок из листового и фасонного проката при автоматической сварке под слоем флюса и в среде за­щитного газа -0,05;

· тоже при полуавтоматической и ручной сварке - 0,07;

· для зон приварки к балкам кронштейнов и других деталей ручной сваркой - 0,10;

· для стальных отливок - 0,10;

· для зон приварки литых деталей к прокатным и наоборот - 0,12.

Для предварительных расчетов значение допускается оп­ределять по формуле:

(3.9)

где:

- среднее (медианное) значение предела выносливости гладкого стандартного образца из материала детали (по ГОСТ 25.502-79) при симметричном цикле изгиба на базе N o(предел выносливости докупается ус­ловно принимать равным 0,6 );

- среднее значение общего коэффициента снижения предела вы­носливости данной натурной детали по отношению к пределу выносливости гладкого стандартного образца.

Величины определяются по справочным данным, для наиболее употребительных в вагоностроении сталей значения приведены в При-ложении II. При отсутствии справочных данных можно использовать следу-ющие эм­пирические зависимости среднего предела выносливости от нор-мативных (минимальных) величин предела прочности _в(по ГОСТ или ТУ):

· для проката из малоуглеродистых и низколегированных ста­лей 0,5b,

· для стального литья 0,45b,

· для алюминиевых сплавов 0,4b.

Значения определяются по экспериментальным данным для аналогичных деталей. Для некоторых типичных элементов ва­гонов значе-ния приведены в Таблице 3.3.

Таблица 3.3

Значения для некоторых типичных элементов несущих конструкций вагонов

Характеристика элемента и расчетной зоны	Значение
Стандартный образец с полированной поверхностью по ГОСТ 25.502-79	1,0
Полоса прокатная или литая с сечением до 20 см2без кон­центраторов напряжений по основному металлу	1,3 - 1,5
Балки из фасонного проката (двутавр, швеллер, зет, уголок) и штампованные из листового проката по основному металлу полок (вдали от концентраторов напряжений)	1,3 - 1,5
Балки коробчатые, сваренные из фасонного проката и штам­повок продольными стыковыми швами по верхним и нижним полкам без поперечных ребер жесткости и диафрагм, по свар­ному шву	1,4 - 1,6

Таблица 3.3 (продолжение)

Балки коробчатые, сваренные из листового проката про-дольными угловыми швами без поперечных ребер жесткости и диафрагм, по сварному шву	1,5 - 1,7
Балки из фасонного проката и штамповок, пояса коробча-тых балок из листового проката, сваренные 2-х сторонними пря­мыми поперечными стыковыми швами, в зоне сварного шва	2,0 - 2,4
То же 2-х-сторонними косыми по 45ошвами	1,8 - 2,2
То же 2-х-сторонними прямыми, обработанными заподлицо с поверхностью основного металла швами	1,5 - 1,7
То же односторонними прямыми швами (с непроваром корня шва или при отсутствии подварки)	4,0 - 4,8
Балки из фасонного проката и штампованные, балки короб-чатые сварные из фасонного проката, штамповок и листа с нак-ладками из листа на полках, приваренными по контуру угловы-ми (лобовыми и фланговыми) швами
в сечении у лобового шва прямоугольной накладки	4,0 - 4,5
в сечении у лобового шва накладки при соотношении ка­тетов шва 1:2	3,2 - 3,8
то же с механической обработкой шва	2,5 - 3,0
Балки из фасонного проката и штампованные, балки короб-чатые сварные из фасонного проката, штамповок и ли­ста с реб-рами жесткости или диафрагмами приваренными поперечными угловыми швами без разделок кромок и обработ­ки этих швов	4,0 - 4,5
Нахлесточное соединение прокатных элементов угловыми фланговыми швами в зоне окончания этих швов	4,5 - 5,2
Тавровое соединение элементов из фасонного проката, штам-повок, коробчатых и листовых элементов сваренных друг с дру-гом угловыми швами без разделок кромок в зоне сварных швов	4,2 - 4,8
То же с разделкой кромок и полным проваром шва	3,5 - 4,0
Типовое сварное соединение боковой стойки и нижней обвязки кузова грузового вагона в зоне окончания лобовых и фланговых швов	4,5 - 5,0
Элементы из фасонного и листового проката или штамповок с отверстиями, образованными сверлением, для болтов и за­клепок в сечениях по отверстиям	2,6 - 2,8
Сварные коробчатые балки рам тележек из стального прока­та с накладками и отверстиями для люлечных подвесок в зоне приварки угловыми швами (без разделки) внутренних обечаек этих отверстий	5,0 - 5,5
Литые боковые рамы тележек в зоне угла буксового или рес­сорного проема (r 50 мм)	4,0 - 4,5
Литые надрессорные балки тележек в зоне резких переходов сечения и технологических отверстий	4,3 - 4,8
Вал (d 150 мм) с напрессованной ступицей при передаче по­перечных сил и (или) моментов в зоне кромки ступицы	3,5 - 4,0

Таблица 3.3 (продолжение)

Болты и шпильки с метрической резьбой при деформации растяжения-сжатия диаметром резьбы:
d= 10-20 мм	3,0 - 3,5
d= 20-30 мм	3,5 - 4,0
d= 30-40 мм	4,0 - 5,0
d= 40-50 мм	4,5 - 5,5

Примечания.

1. Приведенные значения относятся к элементам с габаритными размерами сечений в пределах от 100*100 мм до 500*500 мм с толщиной стенок или листов в диапазоне 5-¸15 мм.

2. Сварные соединения выполнены ручной сваркой. При автоматической сварке под слоем флюса и в среде защитных газов значения свар­ных соединений могут приниматься меньше на 10-¸15%.

3. Угловые швы приняты с равными катетами. Для лобовых угловых швов при соотношении катетов 1:2 допускается уменьшение на 15-¸20%.

4. Основной металл элементов с сохраненной прокатной и литой поверхностями, сварные швы без обработки.

Влияние поверхностной упрочняющей обработки деталей, в том числе сварных швов, наклепом (накатка роликами, проковка бойком и т.п.) и тепловой обработкой зоны, сварных швов неплавящимся электродом приб­лиженно учитывается уменьшением на 20-¸30%. Более точная оценка возможна на основе экспериментальных данных.

5. Меньшие значения балок из фасонного и листового проката и штамповок, относятся к углеродистым сталям с b = 380-420 МПа (типа марок Ст3, сталь 20), большие значения к низколегированным сталям с b = 450-520 МПа (типа марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2БД, 15ХСНД).

6. Данные по стальным литым деталям относятся: меньшие величины - для сталей с b = 400-420 МПа (марки 20Л, 25Л), большие - для сталей с b = 450 - 500 МПа (марки 20ГЛ, 20ФЛ, 20Г1ФЛ и т.п.).

7. Меньшие значения для болтов и шпилек относятся к классу проч­ности 3.6, большие значения - к классу прочности 5.8.

Величину можно также приближенно определять по формуле:

(3.10)

где:

- эффективный коэффициент концентрации напряжений, учитываю­щий снижение сопротивления усталости в связи с местными изменениями формы и размеров детали: изменение сечения, наличие сварных швов, от­верстий, вырезов, галтелей, канавок прессовой посадки, резьбы и т.п. При­нимается по справочным и экспериментальным данным, для некоторых ти­пичных для вагонов конструктивных элементов значения приведены в Таблице 3.4.

Таблица 3.4

Приближенные средние значения эффективного коэффициента концентрации напряжений

Характеристика расчетного элемента
Постоянное сечение элемента вдали от концентра-торов напряжений (сварных швов, отверстий, галтелей и т.п.)	1,0
Сварное соединение стыковыми продольными швами
с полным проваром шва	1,1 - 1,2
с неполным проваром шва	1,2 - 1,3
Сварное соединение стыковым поперечным двухсторонним швом без обработки зоны шва	1,5 - 1,7
То же косым (под 45о) швом	1,3 - 1,5
Сварное соединение стыковым поперечным двухсторонним швом с обработкой шва заподлицо с основным металлом	1,3 - 1,5
То же косым (под 45о) швом	1,2 - 1,4
Сварное соединение стыковым поперечным односто-ронним швом (при отсутствии подварки корня шва)	2,5 - 3,0
Сварное нахлесточное соединение лобовыми швами с одина­ковыми катетами	2,0 - 2,3
То же фланговыми швами в зоне концов швов	2,2 - 2,5
Приварка по контуру усиливающей плоской накладки к полке балки в сечении у лобового шва	2,0 - 2,4
Сварное соединение угловыми продольными швами
без разделки кромок	2,2 - 2,5
с разделкой кромок	1,8 - 2,2
Сварное тавровое соединение без разделки кромок	2,8 - 3,2
То же с разделкой кромок и полным проваром шва	2,5 - 3,0
Соединения электрозаклепками по отверстиям, образован­ным сверлением	2,0 - 2,3
Галтели, закругления, переходы размеров сечений сварных и литых деталей при отсутствии в зоне перехода сварных швов и других концентраторов напряжений
при радиусе перехода 50 - 100 мм	1,5 - 1,8
при радиусе перехода 152 - 200 мм	1,4 - 1,6

Примечание.

1. Приведенные значения относятся к основному металлу с сохранен­ной прокаткой и литой поверхностями и сварным швом с равными катета­ми без обработки.

2. Меньшие значения относятся к углеродистым сталям с вр=380 ¸­420 МПа, большие - к низколегированным сталям с вр = 450 - 550 МПа.

3. При необходимости могут использоваться дополнительные справоч-ные данные по величинам.

Для ориентировочного определения можно использовать за­виси-мость:

где:

q - коэффициент чувствительности материала и концентрации напряжений, равный для углеродистых сталей около 0,6 и для низколегированных сталей - около 0,7;

- теоретический коэффициент концентрации напряжений;

k н- коэффициент неоднородности материала, рекомендуется принимать равным:

для стального проката, поковок и горячих штамповок - 1,1;

для стальных холодных штамповок и отливок - 1,2;

для проката из алюминиевых сплавов - 1,2;

k у- коэффициент влияния упрочняющей поверхностной обработки деталей, рекомендуется принимать равным:

при отсутствии обработки - 1,0;

при аргоно-дуговой обработке сварочных швов - 0,9;

при механической зачистке (заглаживании) швов - 0,9;

при обдувке дробью - 0,9;

при проковке бойком или накатке роликом - 0,8;

при аргоно-дуговой обработке и проковке бойком - 0,75;

k м- коэффициент влияния размеров детали (масштабного фактора), реко­мендуется принимать равным для деталей с характерными размерами попе­речного сечения (диаметр, высота, диагональ)

· до 50 мм - 1,0;

· 100 мм - 0,9;

· 150 мм - 0,85;

· 300 - 0,8; более 300 мм ­- 0,75;

k _пов- коэффициент влияния качества поверхности детали, рекомендуется принимать равным:

для шлифованной поверхности - 1,0;

для поверхности после чистовой механической обработки - 0,9;

для черновой поверхности после прокатки - 0,85;

для черновой поверхности с литейной коркой - 0,8.

Величина эквивалентной приведенной амплитуды динамических напря-жений для расчетов на усталость определяется в общем слу­чае по фор-мулам:

- при прерывной функции распределения амплитуд напряжений

(3.11)

- при непрерывной функции распределения

(3.12)

где:

m - показатель степени в уравнении кривой усталости в амплитудах;

N c- суммарное число циклов динамических напряжений за расчетный срок службы;

N o- базовое число циклов, рекомендуется для стальных конструкций (кроме колесных пар) принимать N o=107;

ai- уровень (разряд) амплитуды напряжения в формуле (3.11), текущее значение амплитуды напряжения в формуле (3.12);

P - вероятность появления амплитуды с уровнем ai;

f (ai) - плотность обобщенного распределения вероятностей амплитуд

динамических напряжений в детали;

_amax, _amin- наименьшее и наибольшее значения амплитуд напря-жений.

Допускается принимать s _amin=0.

Показатель степени m определяется по данным статистической обработки результатов стендовых испытаний на усталость образцов рассматриваемой детали, либо оценивается по обобщенным дан­ным испытаний подобных, близких по конструкции и материалу деталей.

Для вагонных конструкций из углеродистых и низколегированных ста-лей рекомендуются следующие значения показателя m:

для гладких, чисто обточенных и шлифованных валов и осей с галтелями без поверхностного упрочнения - 8;

то же с упрочненной накаткой поверхностью - 18;

для сварных конструкций из проката без упрочняющей обра­ботки швов - 4;

то же с механической или аргоно-дуговой обработкой швов - 6;

для стальных отливок с термообработкой:

- нормализацией - 4;

- закалкой с отпуском - 5.

Для сварных и литых рам и балок показатель m допускается оп­ределять по формуле:

(3.13)

где:

A = 16 - для малоуглеродистых сталей;

A = 18 - для низколегированных сталей.

Способ определения суммарного числа циклов N cзависит от характера детали.

Для деталей автосцепного оборудования, например, рекоменду­ется использовать данные Приложения I.

Для деталей, в которых динамические напряжения вызываются ко