列車輪對彎曲載荷作用下過盈配合面微動行為研究.pdf

1、目前為止，列車輪對過盈配合面的微動損傷問題仍沒有得到完全認識，它直接影響到列車車輛的行車安全，是輪軸技術中亟待解決的問題之一。本文通過輪對原位剖切，對其過盈配合面開展實驗分析，揭示了其微動損傷機理；利用新研制的彎曲微動試驗機構開展試驗，并結合有限元計算，對旋轉彎曲載荷下輪對過盈配合面微動滑移區(qū)分布、滑移幅值、滑移軌跡、滑移速度等相關行為規(guī)律進行了研究；通過量綱分析方法，揭示了原型輪對與縮比輪對微動位移幅值的相似關系；最后提出了一種降低輪

2、對過盈配合面微動幅值的結構設計方法。獲得的主要結論如下：
　　(一)鐵路輪軸過盈配合面微動損傷機理
　　1)輪對在旋轉彎曲載荷作用下長時間運行后，輪座與輪轂配合面兩側均存在一個寬約20mm的微動損傷區(qū)，損傷區(qū)表面覆蓋有紅色和黑色的氧化磨屑；
　　2)由于相對滑移幅值及接觸壓力的不同，輪座表面微動損傷區(qū)形成了3個具有明顯不同特征的子區(qū)域，從接觸面外側往內依次體現(xiàn)為完全滑移區(qū)、混合區(qū)、部分滑移區(qū)特征；
　　3)完全滑

3、移區(qū)磨損最為嚴重，可見厚的磨屑層覆蓋在接觸區(qū)，且有大量磨屑顆粒堆積在磨斑邊緣，其磨損機制主要是磨粒磨損、氧化磨損和剝層；混合區(qū)的磨損相對輕微，磨斑有典型的塑性流動特征，此區(qū)域的磨損機制主要為塑性變形、磨粒磨損、氧化磨損和剝層，實驗中在該區(qū)域觀測到裂紋萌生；部分滑移區(qū)磨損最為輕微，微滑發(fā)生滑移區(qū)的邊緣。
　　(二)輪對過盈配合面微動行為
　　1)數值分析表明，輪對在軸重載荷作用下，輪座過盈配合表面兩側相對于輪轂產生完全滑移。內

4、、外側完全滑移區(qū)中，外側滑移區(qū)的面積和平均滑移幅值大于內側滑移區(qū)；
　　2)輪座表面完全滑移區(qū)內的節(jié)點同時產生了軸向相對位移和周向相對位移，合成位移的幅值和方向處處不同；
　　3)輪對在旋轉彎曲載荷下運行一周過程中，輪座表面完全滑移區(qū)內的節(jié)點相對于輪轂配合面產生一次往復滑移，并經歷完全滑移狀態(tài)→部分滑移狀態(tài)→完全滑移狀態(tài)的循環(huán)過程，其滑移軌跡近似為紡錘形；
　　4)利用透明試件觀測到的軸轂過盈配面合邊緣微動情況與輪對過

5、盈配合表面外側微動情況互相吻合，不同的是由于軸轂試件過盈量較小，試件軸在旋轉彎曲載荷下運行一周過程中，其相對滑移點經歷完全滑移狀態(tài)→部分滑移狀態(tài)→完全滑移狀態(tài)→部分滑移狀態(tài)→完全滑移狀態(tài)的循環(huán)過程；
　　5)輪對過盈配合面邊緣的微動方式為切向微動(為軸向和周向兩個方向的復合)和徑向微動的復合微動；從微動疲勞的受載類型來講，輪對的微動方式屬于彎曲微動和扭轉微動的復合微動。
　　(三)原型輪對與縮比輪對過盈配合面微動幅值的相似關

6、系
　　通過量綱分析，推導出彎曲載荷下原型輪對與幾何相似且材料相同的縮比模型輪對過盈配合面間相對微動幅值的相似關系：當模型輪對為原型輪對的1：n縮比時，若模型輪對的過盈量選取為原型輪對的1/n，軸重載荷選取為原型輪對的1/n2，則模型輪對過盈配合面間的微動幅值為原型輪對的1/n。該相似關系利用有限元計算進行了驗證，同時表明，當模型輪對與原型輪對材料不相同時，二者材料的泊松比及摩擦系數是影響過盈配合面微動幅值相似性的重要因素。