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纵向蠕变和摩擦系数对车轮啸叫噪声影响的研究
| 论文题名： | 纵向蠕变和摩擦系数对车轮啸叫噪声影响的研究 |
| 关键词： | 地铁车辆;车轮啸叫噪声;纵向蠕变;摩擦系数 |
| 摘要： | 近年来，随着中国城市轨道交通的快速发展，一些潜在的问题也逐渐地暴露了出来，尤其是其日益引起关注的车轮啸叫噪声问题。目前，关于车轮啸叫噪声的形成机理还存在争议，并且在进行理论建模时考虑的因素尚不全面，只有对该现象进行更深层次的研究才能有效地对车轮啸叫噪声进行预测和控制。因此，本文对小半径曲线轨道上出现的车轮啸叫噪声现象进行了理论和实验研究，主要研究内容和结论如下： （1）基于车辆经过小半径曲线轨道时的接触动力学模型建立了轮轨系统的有限元模型，并使用复特征值法对轮轨系统的稳定性进行了分析。仿真结果表明，轮轨间的摩擦力可能会诱发内轮的轴向模态与轨道的垂向模态耦合，产生耦合振动，这可能是产生啸叫噪声的原因。此外，系统的不稳定振动振型分别为车轮的(2,0)、(3,0)和(4,0)模态，相应的不稳定振动频率分别为490.9Hz，1238.2Hz和2183.6Hz； （2）基于建立的有限元模型研究了纵向蠕变对车轮啸叫噪声的影响。仿真结果表明，(2,0)、(3,0)和(4,0)模态所对应等效阻尼比的绝对值随着轮轨间纵向蠕变的增大而减小，这表明增大纵向蠕变可以缓解啸叫噪声。然而，(3,0)和(4,0)模态所对应等效阻尼比的绝对值随着纵向蠕变的持续增大并未变为零，这表明增大纵向蠕变并不能完全消除车轮啸叫噪声。综上所述，纵向蠕变不是产生车轮啸叫噪声的来源，但是它可以抑制车轮啸叫噪声的产生； （3）基于建立的有限元模型研究了摩擦系数对车轮啸叫噪声的影响。仿真结果表明，轮轨间的摩擦系数对轮轨系统的稳定性尤为重要。随着摩擦系数的减小，(2,0)、(3,0)和(4,0)模态所对应的等效阻尼比的绝对值在减小，这表明减小轮轨间的摩擦系数能够抑制车轮啸叫噪声的产生。此外，仿真结果还表明，内轮的轴向模态与轨道的垂向模态耦合会产生耦合振动。综上所述，本文从模态耦合的角度解释了施加润滑剂（即减小摩擦系数）能够缓解车轮啸叫噪声的原因； （4）设计并搭建了啸叫噪声双轮滚动实验台。通过引入法向力、冲角和纵向蠕变调节装置来模拟轮轨间的滚动接触状态，测量了不同冲角、转速、纵向蠕变以及摩擦系数下的车轮啸叫噪声声压级，并将实验测量结果与仿真结果进行对比。实验与仿真结果具有良好的一致性，验证了有限元模型结果的正确性。 |
| 作者： | 梅畅 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘晓刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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