车辆系统动力学第五讲.pptVIP

近年来，由于J-V理论的发展，得出了用于接触斑是椭圆，具有任意a、b值时，计算纵向、横向蠕滑系数的公式为 上式仅适用于新轮和新轨接触状态。 三、Kalker滚动接触线性理论 理论：认为各项蠕滑率都很小时，滑动区也就很小，其影响可以忽略。因此，可以假定黏着区覆盖了轮轨接触的全部面积。 质点进入接触区时，先在前导边缘处接触，在此瞬间，尚未产生切向力，此后质点即沿并平行于滚动方向穿过接触区，由于无滑动的结果，切向力即逐步增长，最后，质点在接触区的后端边缘处离开，与此同时，切向力再降落为零。 纵向蠕滑力与横向蠕滑率无关，而横向蠕滑力也与纵向蠕滑率无关，由此给出了蠕滑力与蠕滑率的线性关系如下： 缺点：Kalker线性理论是在 都很小时，且接触区内不存在滑动的条件下建立的。事实上，只有当蠕滑力接近零时才存在无滑动的纯滚动。在研究大蠕滑情况下的机车车辆曲线通过时，用线性理论来计算蠕滑力，将会产生较大的误差。 第四节 非线性蠕滑力的近似计算与修正 在Kalker线性理论中，假定接触区全部为黏着区且切向力呈对称分布，所以纵向蠕滑力与横向蠕滑率无关，而横向力也与纵向蠕滑率无关，由此给出了蠕滑力与蠕滑率的线性关系。 实际上， Kalker蠕滑线性理论只适用于小蠕滑情形，对于大蠕滑情况，蠕滑力呈饱和状态，蠕滑力与蠕滑率成非线性关系，采用Johnson-Vermeulon理论做一定的修正。 要使轮对运动方程线性化成立，需要符合以下假定条件： （1）轮轨蠕滑力特性假设：轮对运动为微小位移，线性蠕滑理论成立；忽略自旋的影响，只考虑纵向和横向蠕滑力； （2）接触几何学特性假设：车轮踏面为圆锥形踏面，钢轨轨头为单一圆弧形。 （3）相同重量假设：左右两侧车轮重量相等。 第五节 轮轨蠕滑理论应用实例 轮对在运动方程式中的自由度只有横移和摇头两个自由度。运动方程可用下式表示： The end!!! 第四章 轮轨滚动接触 主要内容： 第一节 Hertz接触理论的应用 第二节 轮轨蠕滑 第三节 轮轨蠕滑理论 第四节 非线性蠕滑力的近似计算与修正 第五节 轮轨蠕滑理论应用实例 第一节 Hertz接触理论的应用 背景： 早在19世纪，Hertz就曾用弹性力学理论研究了两弹性体的接触问题，并认为两弹性体间的接触面积形状是一个椭圆，椭圆的半轴可根据Hertz接触理论得到。 Hertz认为在一般情况下，两个弹性体在其接触椭圆的面积上，每个弹性体都有不变的主曲率半径。 接触椭圆的长、短轴半径按Hertz接触理论有： 第二节 轮轨蠕滑 一、轮轨蠕滑现象 轮轨蠕滑：是指具有弹性的钢质车轮在弹性的钢轨上以一定速度滚动时，在车轮与钢轨的接触面间产生相对较小滑动。 轮轨滑动 弹性滑动 刚性滑动 实际上，当车轮滚动时，以轮轨接触斑为分界面，车轮前面介质产生压缩变形，后面介质产生拉伸变形，而轨道则前面介质拉伸，后面介质压缩。由于轮轨间产生相对位移，这样，车轮滚动时所走过的距离，将比纯滚动小，这一现象称为蠕滑，或称为弹性滑动。 蠕滑的物理意义： 介于纯滑动与纯滚动之间，它既不是纯滚动，也不是纯滑动。如果外力增大，则滑动区面积增大，黏着区面积减小，直到黏着区为零，车轮产生滑动。蠕滑的多少，以蠕滑率表示。 车轮向左右方向移动时，将产生左右方向的滑动，而且一侧车轮的滚动圆半径增大，另一侧车轮的滚动圆半径将变小。 半径大的车轮试图向前多行走一些距离，但是由于左右车轮联结在同一根车轴上，只能以平均速度前进，结果使得半径较大的车轮向着被拉回的方向滑动，半径较小的车轮向行进方向滑动，同时车轮也绕垂直轴作回转运动，该回转运动使得接触面上产生回转滑动现象。 二、轮对自旋 三、蠕滑率与蠕滑力确定 滑动的大小称为蠕滑率。 蠕滑率可以根据接触面的移动速度得到。 1、蠕滑率定义 2、蠕滑力与蠕滑系数 1、蠕滑率定义 Carter定义的纵向蠕滑率和横向蠕滑率分别为： 20世纪70年代初，UIC考虑到在较大蠕滑情况下车轮在钢轨上的运动，对蠕滑率作了更为确切的定义，使蠕滑率的物理概念更为清晰。 以轮轨接触椭圆的中心为原点，建立O123坐标系统。O1轴为车轮前进方向，它与Ox轴相重合；O2轴在轮轨接触平面内，大致与车轴轴线方向平行（与车轴方向有一摇头角ψ），且在yz平面内，与Oy轴间的夹角即为接触角δ；O3轴为接触椭圆的法向。实际上，只要将Oxyz坐标系绕Ox轴转动一接触角δ，即成为O123坐标系统。 各蠕滑率的定义如下： 表示轮对沿钢轨运行的平均速度。 在实际应用中，在考虑钢轨振动条件下，各蠕滑率可按下式定义： 纵向蠕滑率、