轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展路径研究

基于近场动力学理论方法,通过建立轮轨滚动接触二维模型,研究轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展情况。计算模型的研究焦点集中在裂纹的扩展路径,并定性地研究不同的参数,如初始裂纹角、初始裂纹长度和表面摩擦系数对裂纹扩展路径的影响。分析结果表明:小角度裂纹转向表面,表现出剥落趋势,而较大的初始角度裂纹继续向下扩展到钢轨内部,更易造成钢轨的整体断裂;长度1.5 mm和3 mm裂纹扩展的结果非常相似,即初始裂纹长度对实际裂纹路径影响相当小;对于摩擦系数较低的情况,与具有较高摩擦系数的情况相比,裂纹较早地转向表面。     

钢轨轨面静电喷涂SiO2增黏颗粒行为与利用率研究

目的 为了改善传统撒砂过程中SiO2增黏微粒利用率低的问题,将静电喷涂技术引入轮轨增黏领域,研究不同喷涂参数与颗粒粒径对SiO2微粒行为与利用率的影响,并进一步对比分析静电喷涂微粒与传统撒砂的增黏效果。方法 利用Gema静电喷枪与静电喷涂动态试验平台进行喷涂试验;利用MJP–30A轮轨滚动磨损与接触疲劳试验机进行轮轨黏着与磨损试验;利用光学显微镜(OM)对SiO2微粒吸附情况进行观察与分析,并通过电子天平测量与计算轨面颗粒量与颗粒利用率。结果 相较于未施加静电电压,静电电压为90 kV时轨面颗粒量提升了3.8倍。静电电压由30 kV增加至70 kV时,颗粒利用率提升约60%;当静电电压进一步增加至90 kV时,由于颗粒带电量趋于饱和,颗粒利用率仅提升10%。SiO2微粒利用率随着喷嘴高度与颗粒粒径的增大先增大后减小,喷嘴高度为25 cm且颗粒粒径为300目时颗粒利用率最高,可达60%;300目SiO2微粒在静电电压为90 kV时,随着喷枪移速的增大,喷枪在单位距离上喷涂时间相对减少,使得喷涂在钢轨轨面的颗粒量降低。90 kV静电喷涂SiO2微粒增黏时,最大黏着系数接近传统撒砂增黏,有效作用时间是传统撒砂的2.2倍,轮轨磨损率仅为传统撒砂增黏的75%与65%,轮轨损伤显著减轻。结论 利用静电喷涂技术可以有效提升SiO2微粒在钢轨轨面的利用率,并提升颗粒在轨面的吸附性;静电喷涂SiO2微粒增黏与传统撒砂增黏的黏着系数相近,且轮轨磨损率更低。     

时变摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响研究

齿面摩擦力对齿面接触应力和接触疲劳寿命有着重要的影响。在对齿面接触疲劳寿命预估时,常忽略齿面摩擦力的影响,不利于齿面接触疲劳寿命的准确预估。为了准确预估齿面接触疲劳寿命,根据18CrNiMo7-6齿轮材料的齿面接触疲劳试验数据,基于三参数威布尔分布和名义应力法对R-S-N曲线进行拟合,在齿面接触应力的计算中引入时变摩擦因数,分析了时变摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响,并通过齿面接触疲劳试验进行了验证。结果表明,由于时变摩擦因数的影响,采用传统的名义应力法所估计的齿面接触疲劳极限偏大,且随着应力的增大,摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响呈减弱趋势。     

润滑条件对低速重载齿轮胶合损伤影响规律的试验研究

为了研究润滑条件对低速重载齿轮出现胶合损伤的影响规律,采用一对圆环试样滚滑的方式来模拟轮齿的啮合,在MJP-30A滚动磨损试验机上进行了18CrNiMo7-6渗碳钢齿轮材料在不同润滑条件下的胶合试验,分析了摩擦因数的变化规律和试验后试样的表面形貌.结果表明,干摩擦条件下,出现胶合损伤时的接触应力为1927 MPa,出现胶合损伤前,接触界面摩擦因数随接触应力的增加而降低;良好润滑条件下,接触应力达到3047 MPa仍未发生胶合,摩擦因数随接触应力的增加有轻微下降趋势;乏油条件下,摩擦因数随着乏油程度的加剧呈明显上升趋势,仅当摩擦因数几乎增大至干摩擦因数水平时才发生胶合损伤.因此,为避免低速重载齿轮运行过程中发生齿面胶合损伤,应将其润滑状态作为重要监测指标,以避免齿面间发生严重的乏油润滑和干摩擦接触.     

不同工况下轮轨黏着-蠕滑曲线特性

在轮轨滚动接触模拟试验机上采用均匀连续变化差的试验方法,进行不同工况和不同法向力条件下的轮轨黏着-蠕滑曲线试验,并利用两种数值拟合方法研究不同试验条件下的黏着-蠕滑曲线峰值点位置和初始斜率。结果表明:不同工况下的轮轨黏着-蠕滑曲线有较大差异,与干态相比,水、油工况下不仅导致黏着系数明显降低,还会导致峰值点发生明显左移;水、油工况下撒砂可有效提高黏着系数并使峰值点位置右移;干态下法向力增加对黏着系数和峰值点位置影响较小,但会导致曲线初始阶段斜率的下降;水、油工况下法向力的增加均会使黏着峰值点位置左移,并在水态下导致黏着系数的明显下降;撒砂后法向力对黏着系数及峰值点位置的影响较小,但曲线初始阶段斜率随法向力的增加呈下降趋势。通过试验和数值拟合获得轮轨黏着-蠕滑曲线特征参数的方法可为后续轮轨黏着研究提供参考。     

[表面强化及损伤机理]硌伤形貌对车轮材料滚动接触疲劳特性的影响

采用重力摆锤在车轮试样表面冲击出不同形貌的硌伤坑,基于改进后的MMS-2A 型微机控制摩擦磨损试验平台,研究了未硌伤车轮以及两种硌伤形貌车轮的滚动接触疲劳特性。结合ABAQUS仿真分析的车轮硌伤后残余应力分布情况,探讨了硌伤坑附近裂纹的萌生及扩展机制。结果表明：与未硌伤车轮相比,车轮硌伤处次表层材料沿踏面垂直方向上出现的残余拉应力有助于促进裂纹的萌生和扩展。相同冲击能下,球形硌伤坑附近裂纹长度和角度均大于道砟形硌伤坑附近裂纹长度和角度。球形硌伤坑边缘次表层裂纹的裂纹面较宽,并沿着45°的扩展角度向内部扩展。     

激光离散淬火对球墨铸铁磨损与损伤性能的影响

目的 利用不同激光表面离散淬火方式,改善球墨铸铁材料摩擦磨损性能。方法 采用Nd:YAG激光器对球墨铸铁圆盘试样表面分别进行激光环形淬火、条形淬火、点状淬火以及全淬处理,分析处理后球墨铸铁材料的显微组织结构、表面硬度分布状况,利用销-盘式摩擦磨损试验机研究不同激光淬火方式下球墨铸铁磨损与损伤的情况。结果 激光离散淬火球墨铸铁后,其表面生成马氏体白层,表面硬度提高约62.7%~93.8%,不同的处理方式硬化层深度相近,约55 μm。球墨铸铁试样经过激光离散淬火处理后,磨损量降低99%以上。未处理试样表面出现破坏性材料去除,损伤严重;激光离散淬火试样表面损伤轻微,以小块剥落与疲劳损伤为主。处理后的球墨铸铁材料抵抗裂纹萌生的能力增强,剖面裂纹的长度明显减小。结论 球墨铸铁材料经过不同方式的激光表面离散淬火处理后,表面硬度都得到显著增强,耐磨性能和抗损伤能力明显改善。不同的淬火方式改善效果不同,激光点状淬火效果最好,磨损量小,且剖面裂纹较小,不易向材料内部扩展。     

车轮踏面磨耗对齿轨列车齿轮齿条接触状态影响研究

针对齿轨列车车轮踏面磨耗情况下难以探究齿轮齿条接触状态规律的问题,提出了一种基于Hertz接触理论的考虑车轮踏面磨耗情况的齿轮齿条齿面接触应力计算模型。首先,分析了磨耗情况下齿轮齿条的接触关系,获得了接触应力计算关键参数随车轮磨耗的变化规律,并结合Hertz接触理论构建了考虑车轮磨耗的齿轮齿条接触应力计算模型;然后,选取某工程齿轮齿条参数进行计算,获得了磨耗周期内的齿面接触应力分布,并通过27组有限元仿真试验获得了不同磨耗量、不同接触位置的齿轮齿条接触应力数据,与上述计算模型结果进行了对比;最后,运用上述计算模型进一步分析了车轮磨耗影响接触应力规律的内在机制和关键因素。结果表明,模型结果与仿真计算结果的最大相对误差为7.71%,验证了计算模型的准确性;车轮踏面磨耗量越大,齿轮齿条啮入点附近的接触应力越大,其影响机制是车轮磨耗导致啮入点附近驱动齿轮曲率半径急剧减小;增大初始中心距和齿条齿顶圆角影响系数,可降低车轮踏面磨耗对接触应力的影响,并可通过减小高度调整周期来优化接触状态情况。     

18CrNiMo7-6齿轮钢表面激光熔覆及其胶合承载性能研究

目的 基于激光熔覆技术提高18CrNiMo7-6齿轮钢的胶合承载性能。方法 以不同比例的ZrO2、MoS2和Ni基合金粉末为熔覆材料,采用同轴送粉激光熔覆技术在18CrNiMo7-6齿轮材料表面制备2种激光熔覆合金层,分析熔覆层的微观组织与显微硬度,并利用MJP-30A滚动接触摩擦磨损试验机对激光熔覆试样和渗碳试样进行胶合承载性能模拟试验。结果 NiCr20-3%ZrO2(质量分数,下同)熔覆层主要由枝晶组织和胞晶组织组成,其表面硬度约为620HV0.5;NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2熔覆层相组成物有胞状晶、树枝晶和黑色的花形状颗粒,其表面硬度约为486HV0.5;NiCr20-3%ZrO2和NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2 2种熔覆试样的临界失效载荷较渗碳试样的分别提高了8.41%和44.86%;其中,渗碳试样为典型的热胶合损伤,临界闪温为207 ℃;NiCr20-3%ZrO2熔覆试样未达到胶合临界闪温条件,其失效机制为熔覆层材料的疲劳剥落;NiCr20- 3%ZrO2-1%MoS2熔覆试样在达到胶合临界闪温后,其表面的自润滑效果抑制了胶合的快速发展,当持续增大载荷至临界失效载荷后,随着表面疲劳裂纹的萌生与扩展最终形成局部材料脱落进而失效。 结论 与齿面渗碳强化相比,齿面NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2激光熔覆强化更能有效提高胶合承载性能。     

齿轮传动齿面摩擦力研究进展

齿面摩擦力对啮合齿轮副的胶合、宏微观点蚀及传动效率有着重要的影响.研究齿面摩擦力的计算与控制方法,对啮合齿轮副的性能优化和效率提升有着显著的工程意义.基于齿面摩擦力的重要作用,国内外诸多学者从摩擦因数计算、齿面摩擦力对啮合齿轮副接触损伤与动态特性的影响等多个方面进行了全面研究,但目前仍未形成统一的计算方法和设计规范,仍...