第41卷第1期2024年2月文章编号：1000-4939(2024)01-0058-10应用力学学报ChineseJournalofAppliedMechanicsVol.41No.1Feb.2024齿轨铁路齿条啮合与轮轨滚动接触间耦合作用机理分析王振寰",赵鑫"，范伟²,郏殿祥",杨吉忠²,梁树林",温泽峰（1.西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室，610031成都；2.中国重汽集团汽车研究总院，250101济南；3.中国中铁二院工程集团有限责任公司，610031成都）摘要：针对适于山地轨道交通的齿轨铁路，建立基于显式时间积分的三维齿轨轮对-轨道瞬态接触有限元模型，模型可分析齿轮齿条啮合和轮轨滚动接触间中、高频耦合动力作用。轮对和轨道真实几何，齿轮与车轮轮径差导致“车轮悖论”现象及结构振动等均有考虑，齿轮齿条啮合和轮轨接触采用集成库仑摩擦的“面-面”接触算法求解。对比零和非零轮轨摩擦系数工况，解构“车轮悖论”现象对动态接触的影响。以初步设计的Strub型齿轨铁路为例,分析速度为10km/h和0%o、240%o、480%o坡度下动态接触现象。结果表明，受齿轮啮合影响，齿条、轮轨接触力均呈现周期性波动，但垂向接触总力和总牵引扭矩分别在重力载荷与牵引扭矩附近波动。“车轮悸论”使齿条垂向力和法向接触应力减小，而轮轨垂向力和法向接触应力增加，齿面切向接触应力与接触斑内滑移区面积相应增加，在坡度240%o下，轮轨摩擦系数由0增至0.2，齿条、轮轨最大法向接触应力由248.69、752.66MPa增至195.17、757.44MPa，最大切向接触应力相应由24.48、152.84MPa变成21.31、2.14MPa。轮轨接触斑因发生显著蠕滑呈现全滑移。相同速度及摩擦条件下,坡度增加使齿条垂向力和牵引力增加，轮轨垂向力和牵引力减小，接触应力呈同相变化。关键词：齿轨列车；显式有限元法；瞬态接触；接触应力；车轮悖论中图分类号：U234Analysisofthecouplingmechanismbetweengear-rackmeshingandwheel-railrollingcontactofrackrailwayWANGZhenhuan',ZHAOXin',FANWei?,JIADianxiang',YANGJizhong,LIANGShulin',WENZefeng"(1.StateKeyLaboratoryofRailTransitVehicleSystem,SouthwestJiaotongUniversity,610031Chengdu,China;2.ChinaNationalHeavyDutyTruckGroup,AutomobileResearchInstitute,250101Jinan,China;3.ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCO.,LTD,610031Chengdu,China)Abstract:Athree-dimensionaltransientcontactfiniteelementmodelbasedonexplicittimeintegrationisdevelopedfortherackrailwaysuitableformountainrailtran...
