车辆动力学与强度第九章.ppt

1、第九章 车辆系统动力学模型,9.1 车辆系统动力学模型化原则 9.2 车辆系统作用力描述 9.3 车辆系统垂向动力学模型 9.4 车辆系统垂向横向动力学模型 9.5 悬挂系统对轮轨系统振动的衰减作用,9.1 车辆系统动力学模型化原则,忽略影响程度较小的因素； 忽略轨道振动； 依据研究目的选择合适的自由度； 线性化与非线性化处理；,9.1 车辆系统动力学模型化原则（续）,五. 集中质量化与弹性化处理；,9.1 车辆系统动力学模型化原则（续）,六. 部件与弹簧装置系统模型化方法； 将轴箱弹簧、空气弹簧、减振器、连杆机械等模型化为弹簧与减振器； 七. 车辆系统各主要部件质量处理； 三部分：轮对质量-

2、轴箱悬挂以下的所有质量； 构架质量轴箱悬挂以上和中央悬挂以下质量； 车体质量中央悬挂以上质量； 八. 悬挂系统质量处理；,9.2 车辆系统作用力描述,无间隙弹簧阻尼力描述 在轴箱位置和中央悬挂位置有阻尼力：,9.2 车辆系统作用力描述（续）,二. 有间隙弹簧阻尼力描述,9.2 车辆系统作用力描述（续）,在自由间隙 内，侧架与轴箱间不存在类似弹簧性质的作用力， 只有在相对位移超过自由间隙 后，两者间相互作用力，可近 似为弹簧与相对位移（扣除自由间隙后）的乘积。,9.2 车辆系统作用力描述（续）,货车轴箱间隙与刚度关系特性,9.2 车辆系统作用力描述（续）,三. 摩擦力描述 轴箱与侧架间通常还传递

3、着较大的垂向载荷，若轴箱 处无橡胶堆结构，当两者在前后和左右存在相对运动 或相对运动趋势时，在纵向和横向两接触面上存在摩 擦力：,9.3 车辆系统垂向动力学模型,研究车辆垂向运动时，只考虑浮沉和点头运动， 而不考虑横向运动（横移、侧滚、摇头运动）， 这样可减少自由度数，达到减少微分方程数的 目的。,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,两自由度和三自由度垂向动力学模型,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,模型(a): 用于模拟转向架和轮对振动，该模型不包含 减振器的减振作用。 模型(b): 此模型包含减振器阻尼，可以此获得质量块 Mw 和M之间振动的传递与衰减作用。 模型(c): 此模型更接

4、近于车辆的实际振动特性，轴箱 横上质量被分为车体质量和构架质量。Mc 为 车体质量，Mb 为两转向架质量之和。,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,对于模型(c) 的车辆系统，当车辆处于平衡状态且作自 由振动时，其运动微分方程可以写成：,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,车辆系统垂向动力学模型（10自由度）,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,车辆主要部件受力分析,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,车体、构架及轮对的振动方程为： 车体垂向： 车体点头： 前构架垂向： 前构架点头：,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,后构架垂向： 后构架点头： 轮对垂向：,9.3 车辆系统垂向动力

5、学模型（续）,二系垂向力和一系垂向力求解：,9.3 车辆系统垂向动力学模型（续）,轮轨垂向作用力由赫兹非线性接触理论确定：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型,系统坐标选取 6自由度笛卡尔坐标系统： 在重心上取坐标系Oxyz, X-纵向-侧滚； Y-横向点头； Z-垂向摇头；,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),轮轨坐标系统,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),Oxyz 轨道中心坐标系,原点在轨道中心线上以速度v相对于 固定的惯性参考系平移单位基矢量为 2. Ox1y1z1 轮对平移坐标系，它相对于轨道中心有纵向、横向 和垂向三个平行位移x(t) 、y(t) 、z(t),基矢e1=

6、e 3. Ox2y2z2 固结在轮对质心上，并随轮对一起运动的轮对中心 坐标之一，表示轮对相对于轨道的摇头运动 ，基矢e2,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),4. Ox3y3z3 固结在轮对质心上，并随轮对一起运动的轮对中心 坐标系之二，表示轮对相对于轨道的侧滚运动，基矢 为e3 坐标变换2-1：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),坐标变换3-2： 坐标变换3-1：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),车辆与钢轨接触坐标系,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),轮对中心坐标系与左、右接触点坐标系间的变换关系：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),轨道中心坐标系与

7、接触点坐标系间的变换关系：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),二. 轮轨法向力求解 通过Hertz线弹性接触理论，轮轨法向力可按下式求：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),三. 车辆系统模型及运动方程 轨道参考坐标及缓和曲线方程 缓和曲线一般采用三次螺旋线型， 其参数方程为： 外侧钢轨对内侧钢轨的超高角：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),2. 客车模型 （1）系统自由度 四轴客车模型运动 自由度见p151, 表7-1,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),（2）系统作用力 客车系统作用力见p151,表7-2,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),（3）部件悬挂点位移与速度求解 客车系统作用力见p151,表7-2 部件上任意一点的位移与速度为：,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),(4). 客车系统动力学模型拓扑图,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),3. 货车模型 （1） 系统自由度 p154,表7-3，四轴货车模型运动自由度 （2） 系统作用力 p154,表7-4货车系统作用力,9.4 车辆系统垂向横向动力学模型(续),（3）货车动力学模型拓扑图 P155, 图7-18,9.5 悬挂系统对轮轨系统振动的衰