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非赫兹接触下轮轨接触蠕滑力的计算

铁道学报 2007年第4期29卷 96-100页

作者：王小松葛耀君吴定俊重庆交通大学桥梁系重庆400074 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

以弹性半空间非赫兹接触理论计算轮轨法向接触问题,得到比较真实的法向压力分布。在此基础上,根据修正的FastSim算法计算了轮轨在单点接触、轮缘接触和单接触斑内两点接触情况下的蠕滑力。与CON-TACT的对比表明,修正的FastSim算法在计... 详细信息

以弹性半空间非赫兹接触理论计算轮轨法向接触问题,得到比较真实的法向压力分布。在此基础上,根据修正的FastSim算法计算了轮轨在单点接触、轮缘接触和单接触斑内两点接触情况下的蠕滑力。与CON-TACT的对比表明,修正的FastSim算法在计算轮缘接触时具有比较精确的结果,在计算单接触斑内两点接触时的精度相对于Shen-Hedrick-Elkins理论和FastSim算法均有较大的提高。基于修正的FastSim算法编制了便于风-列车-桥梁耦合分析应用的蠕滑力插值数表MFTTLM。

关键词：非赫兹接触轮轨接触蠕滑力

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深沟球轴承非赫兹接触及失效机理分析

机械科学与技术 2019年第12期38卷 1868-1876页

作者：奚强胡玉梅皮阳军金晓清重庆大学机械传动国家重点实验室

考虑轴向载荷、弹塑性本构、协调接触、轴承游隙等因素的影响,对某汽车变速器中所采用的深沟球轴承在服役过程中出现的失效问题通过非赫兹有限元数值模型进行了求解,并据此分析了该轴承在工作过程中的失效机理。进一步研究了轴承材料本... 详细信息

考虑轴向载荷、弹塑性本构、协调接触、轴承游隙等因素的影响,对某汽车变速器中所采用的深沟球轴承在服役过程中出现的失效问题通过非赫兹有限元数值模型进行了求解,并据此分析了该轴承在工作过程中的失效机理。进一步研究了轴承材料本构、交变载荷等因素对接触状态的影响。结果表明:弹性本构承载体积小于弹塑性本构,应力水平高于弹塑性本构;载荷按一定角度作用可以降低轴承内部应力极值;载荷增加使应力极值和初始屈服深度增加,但当载荷过大时,初始屈服深度会急剧减小。

关键词：深沟球轴承非赫兹接触失效分析有限元法

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直线滚动导轨非赫兹接触静刚度模型

机械设计与制造工程 2023年第5期52卷 73-78页

作者：马雅丽关成洋大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

为建立导轨非赫兹接触静刚度模型,首先给出并求解了一般性点接触问题的基本方程,将其应用到单滚动体和滚道的非赫兹接触问题中进行非赫兹接触分析;其次用拟合精度较高的四阶线性方程拟合出了单滚动体和滚道的静刚度模型;再次基于齐次坐... 详细信息

为建立导轨非赫兹接触静刚度模型,首先给出并求解了一般性点接触问题的基本方程,将其应用到单滚动体和滚道的非赫兹接触问题中进行非赫兹接触分析;其次用拟合精度较高的四阶线性方程拟合出了单滚动体和滚道的静刚度模型;再次基于齐次坐标矩阵法与单滚动体和滚道非赫兹接触静刚度模型建立了滚动导轨非赫兹接触静刚度模型;最后以某一滚动导轨为例求解并分析了非赫兹接触下的五自由度静刚度,结果表明用赫兹接触理论求解非赫兹接触下的导轨静刚度误差最大可达33%。

关键词：滚动导轨接触刚度非赫兹接触静刚度模型

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某变速器轴承滚珠与滚道非赫兹接触分析

某变速器轴承滚珠与滚道非赫兹接触分析

作者：兰江明重庆大学

学位级别：硕士

滚动轴承是机械行业中通用的旋转基础件之一,是汽车变速器的重要承载单元,其运转性能的好坏直接影响整车的性能。滚动轴承工作条件非常恶劣,高转速、大负荷和润滑不良等加剧了轴承的破坏。汽车变速器的噪声及过早破坏多是由于滚动轴承... 详细信息

滚动轴承是机械行业中通用的旋转基础件之一,是汽车变速器的重要承载单元,其运转性能的好坏直接影响整车的性能。滚动轴承工作条件非常恶劣,高转速、大负荷和润滑不良等加剧了轴承的破坏。汽车变速器的噪声及过早破坏多是由于滚动轴承的失效导致的。滚动轴承的主要失效形式疲劳点蚀、剥落、压溃、胶合等都与轴承接触有关。因此,研究滚珠与滚道的真实接触情况对于研究轴承的失效具有重要意义。本文以某双中间轴式变速器某轴承的提前失效为研究背景,计算了该变速器在一挡与倒档等大扭矩极限工况下各支承轴承的外载荷分布,证实了承载最严重的深沟球轴承正是该变速器台架试验中提前失效的轴承。以承载最严重深沟球轴承为对象,建立了该轴承的有限元模型,同时考虑径向载荷与轴向载荷、游隙、保持架调心作用、轴承各部件弹性及重力影响,分析了滚珠的载荷分布,结果显示承载最大的为正对径向载荷方向的滚珠。在此基础上,分析了不同外载荷作用下滚珠的载荷分布特性。建立了滚珠与内滚道在轴承圆周方向对称截面内的二维非协调接触有限元模型,通过与赫兹接触理论解进行对比,验证了有限元处理方法的合理性。在此基础上,推广建立了滚珠与外滚道三维接触有限元模型。为便于与赫兹理论解进行对比,分析滚珠与外滚道由于协调接触而不满足弹性半空间假设所导致的误差大小,只考虑径向载荷,使用弹性本构模型进行了深沟球轴承滚珠与外滚道的非赫兹接触分析;滚珠与外滚道的接触有两个非赫兹接触特性,除了协调接触影响外,轴承钢的真实材料本构为弹塑性,当载荷超过材料屈服极限时,材料应力应变呈现非线性关系。弹性本构模型已经不能描述该情况下的接触特性,目前也很难用理论公式进行轴承三维接触塑性区的求解。因此,本文同时考虑滚珠的径向与轴向载荷,用弹塑性本构模型仿真获取了滚珠与外滚道的真实接触情况,并分析了弹性与弹塑性本构模型导致计算结果的差异。为更深入了解塑性区的接触特性,分析了不同过载工况下滚珠与外滚道的主要接触参数的差异。本文进行了滚珠与外滚道瞬态仿真分析,发现由于瞬态效应作用,滚珠的应力分布将偏向滚动方向,且随摩擦系数的增加,该偏移角度将增加。本文进行的滚珠与滚道非赫兹接触分析可以获取更加真实的轴承接触特性,有效指导轴承表面处理设计与接触疲劳寿命预测。本文的研究对轴承的设计、磨损、润滑等研究具有一定的参考价值。

关键词：有限元载荷分布弹塑性非赫兹接触深沟球轴承

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几种非赫兹轮轨滚动接触模型的对比研究

几种非赫兹轮轨滚动接触模型的对比研究

作者：周佳仪西南交通大学

学位级别：硕士

轮轨接触关系问题是进行车辆动力学计算以及研究轮轨磨耗的关键问题,而经典的赫兹理论无法准确地反应轮轨间真实的接触行为,因此一系列接触计算方法应运而生。本文以六种简化的非赫兹接触算法为中心,研究不同接触模型对计算轮轨接触行... 详细信息

轮轨接触关系问题是进行车辆动力学计算以及研究轮轨磨耗的关键问题,而经典的赫兹理论无法准确地反应轮轨间真实的接触行为,因此一系列接触计算方法应运而生。本文以六种简化的非赫兹接触算法为中心,研究不同接触模型对计算轮轨接触行为、动力学仿真以及预测车轮磨耗的影响。（1）首先梳理总结了国内外轮轨滚动接触计算的发展过程以及介绍前后提出的接触计算模型,明确研究轮轨间相互作用的意义以及明确用于计算分析的接触模型。（2）接下来,本文系统研究了六种用于法向接触计算的简化接触模型,包括早些年提出基于虚拟表面变形法的KP模型、STRIPES模型、采用近似表面变形法的ANALYN模型,以及近四年新发展的考虑摇头角的EKP、MKP、MSHM模型。以Kalker完全理论程序CONTACT作为标准对比,分析其对法向接触计算的精度以及稳定性。结果表明:除极端非赫兹接触工况外,六种简化接触模型均能获得令人满意的接触斑形状以及法向接触应力分布结果,其中KP模型以及改进后的MKP模型能够兼顾准确性与稳定性,且摇头角并不会对法向计算产生很大影响。（3）第三章实现了FASTSIM、Fa Strip两种切向接触算法,通过等效椭圆法或局部椭圆法将其分别适配于以上六种简化接触算法进行局部切向接触对比计算。在完成法向以及切向计算的基础上,本文选择USFD模型对不同简化接触算法预测车轮磨耗的精度进行计算。结果表明:采用Fa Strip作为切向算法的ANALYN、MKP、EKP模型可以获得更加准确的切向应力分布,而FASTSIM算法会错误估计剪切应力以及黏滑分布。EKP、MKP、MSHM这几种改进模型能够提高车轮磨耗的预测精度,摇头角则会造成接触斑内能量指数增大,从而可能使车轮产生较大的磨耗。当摇头角较大接触斑处于全滑动状态时,不宜采用MSHM模型进行磨耗预测。（4）本文采用两种策略分析简化算法在动力学计算中的稳定性及其适用性。结果表明:在动力学分析中,衡量接触斑非赫兹程度的形状数是影响接触计算精度的主要因素,仅就本文的计算结果,形状数小于0.4时,建议选用Hertz模型,即可满足计算精度要求;而形状数大于0.4时,建议采用始终能够兼顾精度与效率的MKP模型。

关键词：轮轨接触关系非赫兹接触法向接触切向接触车轮磨耗

非赫兹接触理论在货车轮轨接触应力分析中的应用

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西南交通大学学报 1991年第4期26卷 88-95页

作者：田蓓王夏鍫西南交通大学图书馆西南交通大学机械工程二系

本文在对轮轨非赫兹接触计算程序进行开发的基础上,用该程序分析计算了我国货车作用21t、23t、25t 轴重情况下的轮轨接触应力、接触面积,并在 JD—1型轮轨模拟试验机上对非赫兹接触理论计算结果进行了试验验证。通过理论分析与计算结果... 详细信息

本文在对轮轨非赫兹接触计算程序进行开发的基础上,用该程序分析计算了我国货车作用21t、23t、25t 轴重情况下的轮轨接触应力、接触面积,并在 JD—1型轮轨模拟试验机上对非赫兹接触理论计算结果进行了试验验证。通过理论分析与计算结果比较得出:轮轨接触应力宜用非赫兹接触理论计算而不宜用赫兹接触理论计算。

关键词：轮轨接触应力非赫兹接触货车

重载摆线针轮行星传动针齿非赫兹弹性接触修形的研究

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机械传动 2002年第2期26卷 52-54页

作者：喻洪流齐功相健力宝富特容器有限公司广东三水528100 健力宝塑料制品有限公司广东三水528100

首次把轮齿的啮合作为非赫兹弹性接触问题进行研究 ,建立了摆线针轮单齿啮合的考虑各弹性变形协调关系的数学模型 ,并提出了一个精确进行轮齿啮合接触分析的新方法———非赫兹柔度矩阵分析法 (NHFMM)。在此基础上 ,着重对重载摆线减速... 详细信息

首次把轮齿的啮合作为非赫兹弹性接触问题进行研究 ,建立了摆线针轮单齿啮合的考虑各弹性变形协调关系的数学模型 ,并提出了一个精确进行轮齿啮合接触分析的新方法———非赫兹柔度矩阵分析法 (NHFMM)。在此基础上 ,着重对重载摆线减速机针齿修形进行了研究。最后通过光弹性实验模型三维“冻结”切片法验证了本文理论分析的正确性。该方法已用于国产 9#机型的针齿修形计算。

关键词：行星传动重载摆线减速器针齿修形非赫兹接触

基于修正的轮轨非Hertz接触的重载铁路曲线超高对钢轨磨耗的影响分析

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机械工程学报 2018年第4期54卷 22-29页

作者：杨新文姚一鸣周顺华练松良同济大学道路与交通工程教育部重点实验室

为了探讨重载铁路平曲线超高对钢轨磨耗的影响,首先利用有限元方法求解了轮轨法向接触影响系数,然后建立了详细的钢轨磨耗预测分析模型,模型包括车辆-轨道耦合动力学模型、修正的轮轨非赫兹法向接触模型、轮轨切向接触模型和Archard磨... 详细信息

为了探讨重载铁路平曲线超高对钢轨磨耗的影响,首先利用有限元方法求解了轮轨法向接触影响系数,然后建立了详细的钢轨磨耗预测分析模型,模型包括车辆-轨道耦合动力学模型、修正的轮轨非赫兹法向接触模型、轮轨切向接触模型和Archard磨耗模型,并用现场实测结果验证了预测模型的正确性。利用该模型计算分析了曲线超高对重载铁路钢轨磨耗的影响。结果表明:假定车速为60 km/h,在曲线半径450 m线路条件下,曲线中点处外轨的侧磨量大于垂磨量;随着通过总重的增加,钢轨磨耗宽度,垂磨量呈阶梯状发展,磨耗宽度在磨耗初期发展迅速,随后趋于稳定;在曲线超高0.05 m、0.07 m、0.09 m,线路半径1 000 m的条件下,随着外轨超高增大,外轨磨耗有增大的趋势,内轨磨耗有减小的趋势,主要原因是轮对横移量比轮轨法向力对钢轨磨耗的影响更加明显。

关键词：重载铁路影响系数非赫兹接触 Archard磨耗模型

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盾构机主轴承力学性能分析及结构参数优化

盾构机主轴承力学性能分析及结构参数优化

作者：张涛中南大学

学位级别：硕士

盾构机是一种掘进专用工程装备,在地铁建设中发挥了重要作用,主轴承是其核心部件之一。国内对盾构机主轴承的研制起步较晚,因缺乏设计理论和设计经验的积累,在设计制造技术上仍被国外“卡脖子”,严重制约了我国盾构机技术进一步提升和... 详细信息

盾构机是一种掘进专用工程装备,在地铁建设中发挥了重要作用,主轴承是其核心部件之一。国内对盾构机主轴承的研制起步较晚,因缺乏设计理论和设计经验的积累,在设计制造技术上仍被国外“卡脖子”,严重制约了我国盾构机技术进一步提升和产业迈向高端发展。盾构机主轴承一般为三排滚子式回转支承,具有结构尺寸大和滚动体数目多的特点,其在服役过程中需承受超重载荷和巨大扭矩,导致滚子滚道接触区域易产生较大接触应力,再叠加滚子自身的振动影响,加剧了盾构机主轴承的内部受损。因此,分析盾构机主轴承的承载和振动性能并开展结构参数优化设计,对保障盾构机的正常运转具有重要意义,可为国产主轴承设计理论的发展提供有效支撑。针对盾构机主轴承的力学性能分析和结构优化问题,本文开展了以下工作:(1)根据某型4.8m盾构机主轴承的结构形式和载荷特点,基于非赫兹接触理论对其进行了静力学解析建模,求解了其在静载工况下的载荷和接触应力分布,并进行了滚子修形优化研究,使得滚子最大接触应力降低了约5%。建立了盾构机主轴承的静力学有限元模型并与解析模型进行了对比,结果表明,主推滚子的最大载荷对比误差不超过2.5%,最大接触应力对比误差不超过6%。基于滚子安全系数计算和主轴承承载能力曲面绘制,分析了盾构机主轴承的承载性能,并设计了相应的评价指标。(2)建立了某型4.8m盾构机主轴承的动力学有限元模型,仿真求解了其滚子和保持架在额定工况、高速工况和脱困工况下的接触力分布和质心运动结果,得到了不同载荷和转速的影响,发现更均匀的接触力分布和更低的转速能够改善滚子和保持架的质心位移波动,以此综合分析了盾构机主轴承的振动性能,并设计了相应的评价指标。(3)基于某型4.8m盾构机主轴承的力学性能分析模型,以其承载性能和振动性能作为优化目标,并将游隙和滚子修形作为优化变量,开展了正交实验并进行了影响效应分析和极差分析,得到了游隙和滚子修形的敏感性与最优水平,为盾构机主轴承的设计提供了一定支撑。(4)搭建了盾构机主轴承模拟实验台,测量了实验轴承的外圈变形和主推保持架运动位移,对比了实验结果与相应的有限元仿真结果,发现两者在趋势上基本一致,综合验证了本文在盾构机主轴承力学性能分析中所使用研究方法的有效性。图68幅,表20个,参考文献82篇

关键词：盾构机主轴承非赫兹接触有限元接触应力振动位移结构参数优化