车辆系统动力学.pptx
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1、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1页/共41页第一节 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。第2页/共41页接触椭圆的长、短轴半径按Hertz接触理论有:第3页/共41页第二节 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
2、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 第4页/共41页实际上,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。第5页/共41页第6页/共41页第7页/共41页第8页/共41页第9页/共41页蠕滑的物理意义: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。第10页/共41页
3、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、轮对自旋第11页/共41页三、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、蠕滑力与蠕滑系数第12页/共41页1、蠕滑率定义Carter定义的纵向蠕滑率和横向蠕滑率分别为:第13页/共41页20世纪70年代初
4、,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。第14页/共41页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),且在yz平面内,与Oy轴间的夹角即为接触角;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,即成为O123坐标系统。第15页/共41页各蠕滑率的定义如下:表示轮对沿钢轨运行的平均速度。第16页/共41页在实际应用中,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、横向蠕滑率是无量
5、纲的,自旋蠕滑率的量纲是长度-1第17页/共41页2、蠕滑力与蠕滑系数当两弹性体有相对运动或相对运动趋势时,在接触斑平面内的应变由切向力T(Tx,Ty)来体现,该切向力T就成为蠕滑力。除蠕滑力T外,轮轨间也产生了一个绕z轴的力矩Mz,但是与由左右车轮的纵向蠕滑力的差所产生的旋转力矩相比非常小,通常忽略不计。纵向方向的最大蠕滑力也称为粘着力。第18页/共41页蠕滑率的大小决定着蠕滑力的数值,且当有不同方向、不同数量的蠕滑率存在时,其蠕滑力也是不同的,即有:第19页/共41页蠕滑力与蠕滑率之间的变化关系不全是线性的。只是在速度较小时,两者才成线性,在线性范围内,直线的斜率称为蠕滑系数f,第20页/
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