vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2025_4_44vrgup-233Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGНапряженное состояние прессового соединении колесной парыStress state of a wheelset press jointКротовС. В.KrotovS. V.

Кротов Сергей Викторович, кафедра «Строительная механика», кандидат технических наук, доцент

Krotov Sergey Viktorovich, Chair «Construction Mechanics», Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

SVK-19587@yandex.ruРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)202530122025044452Copyright © Кротов С.В., 20252025Кротов С.В.Krotov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/233

Важнейшим показателем безопасной эксплуатации колесной пары вагона является прочность прессового соединения колеса и оси. В процессе и после монтажа колеса на ось обе детали соединения находятся в сложном напряженно-деформированном состоянии вследствие наличия натяга и значительных усилий прессовой посадки.

После запрессовки колеса на ось в зоне сопряжения имеют место зоны скольжения, которые в процессе эксплуатации будут увеличиваться естественным путем вследствие значительных динамических нагрузок. В результате действия знакопеременного изгиба снижается площадь сцепления колеса и оси, возрастает напряженное состояние остаточной части соединения как ответ на увеличенную нагрузку к площади сцепления. Тенденция к росту осевой нагрузки наряду с повышением скорости составов повышает вероятность сдвига колеса с оси. Прямое же измерение зон скольжения в эксплуатации не представляется возможным.

Выполнено компьютерное моделирование колесной пары, анализ и оценка напряженно-деформированного состояния прессового соединения. Представленные исследования будут полезны для принятия решений о недопущении опасного состояния при взаимодействии колеса и оси в прессовом соединении.

The most important indicator of the safe operation of a car wheelset is the strength of the press joint of the wheel and axle. During and after mounting the wheel on the axle, both parts of the joint are in a complex stress-strain state due to the presence of interference and significant forces of the press fit.

After pressing the wheel onto the axle, there are slip zones in the mating zone, which will naturally increase during operation due to significant dynamic loads. As a result, the adhesion area of the wheel and axle decreases and the stress state of the residual part of the joint increases as a response to the increased load on the adhesion area. Considering the tendency for the axle load to increase and the speed of the rolling stock to increase, this threatens to shift the wheel from the axle. Direct measurement of slip zones in operation is not possible.

This paper presents a computer simulation of the wheelset, analysis and assessment of the stress-strain state of the press joint. The presented research will be useful for making decisions on preventing a dangerous state during the interaction of a wheel and an axle in a press joint.

прессовое соединениеметод конечных элементовнапряжения и деформациискольжение и сцеплениенесущая способностьpress jointfinite element methodstresses and strainsslip and adhesionloadbearing capacityReferencesКротов, С. В. Исследование напряженно-деформированного состояния при контакте цилиндрических поверхностей деталей железнодорожного подвижного состава / С. В. Кротов, Д. П. Кононов // Бюллетень результатов научных исследований. – 2022. – № 1. – С. 33–47. – DOI 10.20295/2223-9987-2022-1-33-47.Krotov, S. V. Study of stress-strain state during contact of cylindrical surfaces of railway rolling stock parts / S. V. Krotov, D. P. Kononov // Bulletin of scientific research results. – 2022. – No. 1. – P. 33–47. – DOI 10.20295/2223-9987-2022-1-33-47.Ekberg, A. Fretting fatigue of railway axles – a review of prediction methods and a finite element model scheme / A. Ekberg // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part F : Journal of Rail and Rapid Transit. – 2004, Vol. 218. – P. 299–316.Ekberg, A. Fretting fatigue of railway axles – a review of prediction methods and a finite element model scheme / A. Ekberg // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part F : Journal of Rail and Rapid Transit. – 2004, Vol. 218. – P. 299–316.Madej, J. Analysis of Preloaded Joints / J. Madej, M. Slivka // Applied Science. – 2021. – No. 11. – URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/23/11428 (date of access: 23.08.2025).Madej, J. Analysis of Preloaded Joints / J. Madej, M. Slivka // Applied Science. – 2021. – No. 11. – URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/23/11428 (date of access: 23.08.2025).Paredes, M. Study of the interference joint by finite element modeling, analysis and experiment / M. Paredes, N. Nefissi, M. Sartor // Interaction Guide. – No. 6. – 2012. – P. 171–177. – DOI 10.1007/s12008-012-0146-z.Paredes, M. Study of the interference joint by finite element modeling, analysis and experiment / M. Paredes, N. Nefissi, M. Sartor // Interaction Guide. – No. 6. – 2012. – P. 171–177. – DOI 10.1007/s12008-012-0146-z.Liu, G. Study on the Effect of Interference Fit on the Static and Dynamic Performance of Spindle System / G. Liu, J. Hong, W. Wu // Proceedings of the International Scientific and Technical Conference. – 2018. – No. 99. – P. 1953–1966. – DOI 10.1007/s00170-018-2567-8.Liu, G. Study on the Effect of Interference Fit on the Static and Dynamic Performance of Spindle System / G. Liu, J. Hong, W. Wu // Proceedings of the International Scientific and Technical Conference. – 2018. – No. 99. – P. 1953–1966. – DOI 10.1007/s00170-018-2567-8.Zhang, Y. Design of Interference Fits via Finite Element Method : Iowa State University, September 1, 2000 / Y. Zhang, B. McClain, H. D. Fang // International Journal of Mechanics. – Vol. 42, Issue 9. – 1835 p. – URL: https://scispace.com/papers/design-of-interference-fits-via-finite-element-method-2b8vg5hz69 (date of access: 23.08.2025).Zhang, Y. Design of Interference Fits via Finite Element Method : Iowa State University, September 1, 2000 / Y. Zhang, B. McClain, H. D. Fang // International Journal of Mechanics. – Vol. 42, Issue 9. – 1835 p. – URL: https://scispace.com/papers/design-of-interference-fits-via-finite-element-method-2b8vg5hz69 (date of access: 23.08.2025).Kelly, K. T. Solving Nonlinear Equations by Newton's Method / K. T. Kelly. – Philadelphia. – Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM). – 2003. – 119 p. – (Fundamentals of Algorithms).Kelly, K. T. Solving Nonlinear Equations by Newton's Method / K. T. Kelly. – Philadelphia. – Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM). – 2003. – 119 p. – (Fundamentals of Algorithms).Белавенцев, Н. В. Формирование и ремонт колесных пар / Н. В. Белавенцев, В. И. Дергалев. – Москва : Трансжелдориздат, 1952. – 304 с.Belaventsev, N. V. Formation and repair of wheel pairs / N. V. Belaventsev, V. I. Dergalev. – Moscow : Transzheldorizdat, 1952. – 304 p.Гречищев, Е. С. Соединения с натягом : расчеты, проектирование, изготовление / Е. С. Гречищев, А. А. Ильяшенко. – Москва : Машиностроение, 1981. – 247 с.Grechishchev, E. S. Tension joints : calculations, design, manufacturing / E. S. Grechishchev, A. A. Ilyashenko. – Moscow : Mashinostroenie, 1981. – 247 p.Кротов, С. В. Прогнозирование скольжения в прессовом соединении колесной пары вагона / С. В. Кротов, Д. П. Кононов, А. П. Буйносов // Транспорт Урала. – 2024. – № 2 (81). – С. 16–21. – DOI 10.20291/1815-9400-2024-2-16-21.Krotov, S. V. Prediction of slip in a pressed joint of a car wheel pair / S. V. Krotov, D. P. Kononov, A. P. Buynosov // Transport of the Urals. – 2024. – No. 2 (81). – P. 16–21. – DOI 10.20291/1815-9400-2024-2-16-21.Кротов, С. В. Влияние увеличения режимов нагружения на несущую способность прессового соединения колесной пары вагона / С. В. Кротов, В. П. Кротов // Вестник транспорта Поволжья. – 2010. – № 4 (24). – С. 32–36. – EDN NDYWWF.Krotov, S. V. Effect of increasing loading modes on the bearing capacity of a pressed joint of a wagon wheelset / S. V. Krotov, V. P. Krotov // Vestnik transporta Povolzhya. – 2010. – No. 4 (24). – P. 32–36. – EDN NDYWWF.Krotov, S. Application of the discriminant analysis in research of bearing ability of the wheel pair of the car / S. Krotov, V. Krotov // Transport Problems. – 2011. – Vol. 6, No. 1. – P. 43–48. – EDN VATMRP.Krotov, S. Application of the discriminant analysis in research of bearing ability of the wheel pair of the car / S. Krotov, V. Krotov // Transport Problems. – 2011. – Vol. 6, No. 1. – P. 43–48. – EDN VATMRP.Кротов, С. В. Классификация параметров несущей способности прессового соединения колесной пары железнодорожного транспортного средства / С. В. Кротов, В. П. Кротов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2007. – № 2 (26). – С. 22–28. – EDN NXQUGV.Krotov, S. V. Classification of parameters of the bearing capacity of a pressed joint of a wheelset of a railway vehicle / S. V. Krotov, V. P. Krotov // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2007. – No. 2 (26). – P. 22–28. – EDN NXQUGV.Кротов, В. П. Напряженно-деформированное состояние колесной пары вагона при повышении режимов нагружения / В. П. Кротов, С. В. Кротов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2002. – № 2. – С. 36–39. – EDN JVXFVZ.Krotov, V. P. Stress-strain state of a wagon wheelset under increasing loading conditions / V. P. Krotov, S. V. Krotov // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2002. – No. 2. – P. 36–39. – EDN JVXFVZ.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.