鐵路車輪型面參數(shù)化設(shè)計理論.pdf

1、本文是在國家自然科學(xué)基金項目《輪軌斷面優(yōu)化設(shè)計理論》(50475059)資助下完成的。鐵路車輪型面設(shè)計是決定機車車輛蛇行穩(wěn)定性、曲線通過性能、輪軌表面磨耗以及脫軌安全性等動力學(xué)性能的重要環(huán)節(jié)。在車輪型面的優(yōu)化設(shè)計中，需要多次反復(fù)地進行外形形狀曲線修改及性能計算，這就要求對車輪型面進行參數(shù)化建模，實現(xiàn)車輪型面的參數(shù)化設(shè)計。參數(shù)化設(shè)計在20世紀(jì)90年代后期已被廣泛應(yīng)用于機械、汽車、航空、建筑等行業(yè)中，但在研究車輪型面的動力學(xué)性能及進行車輪型

2、面設(shè)計時，還未形成有效的、實用的參數(shù)化設(shè)計理論。非均勻有理B樣條(英文縮寫：NURBS)特有的良好性質(zhì)及利用少量特征參數(shù)—權(quán)因子和控制頂點就能生成光順曲線的優(yōu)勢非常適用于車輪型面的參數(shù)化設(shè)計。本文研究了NURBS曲線構(gòu)造車輪型面的方法，及由此帶來的型面曲線的局部性質(zhì)、強的凸包性質(zhì)和幾何連續(xù)性，解決了車輪型面設(shè)計中局部修改踏面外形、保證型面凹凸形狀及光順性等難題；選取權(quán)因子和控制頂點作為車輪型面參數(shù)化設(shè)計中的設(shè)計變量，重點分析其幾何意義及

3、其取值對車輛動力學(xué)性能的影響規(guī)律，確定了取值范圍；根據(jù)車輪型面的設(shè)計原則，對輪緣和踏面部分有不同的動力學(xué)性能要求，據(jù)此確定輪緣和踏面部分曲線的邊界條件，利用NURBS曲線插值和逼近的方法分別對輪緣和踏面進行參數(shù)化建模，最后利用組合NURBS曲線方法對車輪型面進行參數(shù)化建模；基于這種參數(shù)化模型，以提高車輛動力學(xué)性能為設(shè)計目標(biāo)，提出了基于NURBS表達(dá)的，根據(jù)少量特征參數(shù)生成動力學(xué)性能優(yōu)秀的、光順的鐵路車輪型面參數(shù)化設(shè)計理論。根據(jù)參數(shù)化設(shè)計