表面粗糙度对轮轨接触影响.pdfVIP

维普资讯 一 年7 第l7卷第4期(总第38期) 中 国 铁 道 科 学 1996年12月 _{1．日 (铁道部科学研究院) v 摘 要：表面间的接触实质上是粗糙表面微凸体间的相互作用 ，而徽凸体 的变形方式取决于 其分布规律 、几何形状及所番受载荷大小 本文利用粗糙表面弹一 塑性接触模型研究了表面粗糙 度对轮轨接触应力和真实接触面积的影响，并通过数值计算得到影响关系曲线 。 口 关键词：表面粗糙度 弹 塑性接触 轮轨接触 苎壁皇童 真实接触面积 厶 鼽 1 弓 ■ 饭 众所周知，表面粗糙度对接触副的机械性能和物理性能影响极大 ：在本世纪30年代 ，人 们就认识到机械零件加工表面是粗糙不平的。Bowden和Tabor通过对粗糙表面及其接触 问 题研究后指出：两粗糙表面问的接触实质上是两表面上微凸体之间的相互作用 这样导致了 真实接触面积 比名义接触面积小得多．因而真实接触应力很大 。因此，研究粗糙表面形貌和 微凸体的变形方式 ，对真实接触面积 的形成和接触应力的分布具有深远的意义。 在轮轨关系研究中都假设轮轨表面是光滑的，但是，轮轨表面存在各种各样 的不平顺 ，即 轮轨接触实质上是两粗糙表面问的接触 。这样，将存在一个急需解决的问题 ：表面粗糙度对 接触面积和接触应力将产生如何的影响? 对于规则波状粗糙表面的接触 问题 ，Seabra和 Berthe 应用弹性半空间理论研 究 了 Hertz接触条件下表面波纹对法向接触应力和接触面积的影响。他们研究了两种简化模型 ： (1)规则波纹粗糙圆柱体与光滑平面的接触 ；(2)光滑圆柱体和规则波纹粗糙平面的接触。 ，， ^U Nowell和H~lls 研究了弹性光滑圆住体和波纹粗糙平面线接触情况下表面波纹波长、微凸体 顶端 曲率半径 以及载荷对法向接触应力的影响，并考虑了由于表面波纹可引起 的应力集中。两 者都得出如下的结论：在名义接触区域内．存在接触区和非接触区，最大接触应力大于光滑 表面接触时的最大接触应力 ，而且整个真实接触面积小于或等于光滑表面接触时的接触面积 。 利用粗糙表面接触的Greenwood和Williamson接触模型 (通称GW 模型：具有不变 曲 率的弹性微凸体，其尖端为球形)，Greenwood和 Tripp[8]、Mikicr~一、Poon和Sayles~研究 了光滑球和粗糙表面问的点接触 。而 LoEli]把这种分析应用于圆柱体间的线接触 。他们指出： 由于表面粗糙度的影响，使得 “等效接触半径” (Greenwood和Trlpp的定义，见以后的说 国家 自然科学基金资助项 目——高速铁路运行系统动力学与运行控制 本文收到 日期 1996年 8月 10日 维普资讯 第 4期 表面粗糙度对轮轨接触的影响 明)大于光滑表面接触时的接触半径 ．最大接触应力 P(0)小于光滑表面接触时的最大接触 应力Po，最大剪应力减小并发生在 比光滑