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1、轮轨接触力学轮轨接触力学温泽峰，赵鑫温泽峰，赵鑫西南交通大学西南交通大学 牵引动力国家重点实验室牵引动力国家重点实验室 内内 容容一一 轮轨接触动力力学的研究内容与对象轮轨接触动力力学的研究内容与对象二二 轮轨接触几何关系和滚动接触蠕滑率轮轨接触几何关系和滚动接触蠕滑率三三 Hertz接触理论（法向解开创工作）接触理论（法向解开创工作）四四 Carter二维滚动接触理论（切向解开创工作）二维滚动接触理论（切向解开创工作）五五 Vermeulen-Johnson无自旋三维滚动接触理论无自旋三维滚动接触理论六六 Kalker线性蠕滑理论线性蠕滑理论七七 Kalker简化理论简化理论八八 沈氏理论沈
2、氏理论九九 Kalker三维弹性体非三维弹性体非Hertz滚动接触理论滚动接触理论十十 轮轨黏着问题研究简介轮轨黏着问题研究简介十一十一 三维弹塑性滚动接触有限元建模简介三维弹塑性滚动接触有限元建模简介十二十二 轮轨接触载荷与伤损研究简介轮轨接触载荷与伤损研究简介十三十三 快速接触算法开发快速接触算法开发十四十四 接触问题杂谈接触问题杂谈十五十五 轮轨试验台简介轮轨试验台简介1 1、接触力学与轮轨接触、接触力学与轮轨接触1) Contact is everywhere.2) Rolling contact is used in transportation due to low resista
3、nce. 轮轨接触是工业中使用的典型滚动接触副之一；齿轮、轴承、汽车等相关文献亦可用。2 2、轮轨接触、轮轨接触低阻力低阻力1) Why and how？2001年6月澳大利亚重载世界记录，列车长7353m，总重99734t，682车辆，8台机车。坚硬的钢钢接触。2) 滚动Vs滑动摩擦滚动摩擦系数R then: v 0 , so f 0 (deceleration)If vR then: v0 and 0(acceleration)l牵引/驱动载荷使两轮发生同向蠕动4.3 横向蠕滑横向蠕滑v v初始状态初始状态理想状态理想状态F FL L实际最终状态实际最终状态滑动滑动F FS SF FS S
4、 4.4 自旋蠕滑自旋蠕滑纯自旋纯自旋横移越大，接触角、自旋蠕滑分量越大横移越大，接触角、自旋蠕滑分量越大小自旋小自旋大自旋大自旋4.5 蠕滑率一般性定义蠕滑率一般性定义两个滚动体蠕滑率两个滚动体蠕滑率4.6 轮轨滚动接触蠕滑率定义轮轨接触点刚性蠕滑率 ：注意：蠕滑率是在接触点处局部坐标系里定义。4.7.1）直线轨道情形，拖车4.7 轮轨蠕滑率与接触几何的关系a) 纵向蠕化率半径变化贡献半径变化贡献。速度取：与名义半径相比的速度差在滚动方向分量横移横移贡献。速度取：横移速度在滚动方向分量轮轨摇头轮轨摇头贡献的纵向蠕化率。速度取 = 接触点到轨道中心的水平距离摇头角速度注意：采用局部坐标系，y沿
5、车轮轴线方向，x 与其垂直，故计算中，需转化到依轨道建立的整体坐标系。29b) 横向蠕化率自旋贡献自旋贡献。速度取：轮对自旋在横向分量滚动半径接触公切面与与水平方向的夹角，（接触角定义为公切面与轴线的夹角，故应加、减侧滚角）横移贡献。横移贡献。速度取：横移速度在横向上分量接触点位置变化贡献接触点位置变化贡献。速度取：接触点位置变化速度的横向分量侧滚贡献。侧滚贡献。速度取：侧滚角速度横向分量导致的横向速度侧滚贡献。侧滚贡献。速度取：侧滚角速度纵向分量导致的横向速度径向速度贡献。径向速度贡献。速度取：轮对径向速度沿横向分量30c) 自旋蠕化率自旋贡献自旋贡献。轮对转动的自旋分量摇头贡献摇头贡献。轮
6、对摇头（转动）的自旋分量直线轨道情形，拖车上述各位移、角度都很小，相应的速度、角加速度更小，故红框之外各项都是很小量2）曲线轨道情形对比直线工况，曲线通过时，横向蠕滑率表达式相同左右轮理论上滚过距离应为左右轮轨的滑动量为曲线通过相关的纵向蠕滑率分量假设，t内轮对有AB位移移动到AB,三角形Ot AA, Ot BB 和Ot GWGW相似内外轨弧长（轮径）差导致的纵向蠕滑率内外轨弧长（轮径）差导致的纵向蠕滑率1 1曲线通过相关的纵向蠕滑率分量2 2轮对相对曲线曲率中心转动转动产生的纵向蠕滑率曲线内，两轨弧长差和相对曲率中心转动对纵向蠕滑率的总影响：曲线内，两轨弧长差和相对曲率中心转动对纵向蠕滑率的总影响：轮对曲线运动角速度导致轮轨之间的自旋蠕滑率：曲线通过相关的自旋蠕滑率分量1.蠕滑大，相对滑动大，即摩擦力大，损伤越研究。2.有用蠕滑。3.不利（无用）蠕滑。4.8 蠕滑率与伤损Any questions? Thank you for your attention!Thank you for your attention!? ?
