基于RecurDyn的数控不落轮车床踏面车刀冲击载荷的仿真研究

摘 要：踏面车刀是数控不落轮车床车削加工轮对踏面的工具，由于地铁车辆的轮对表面在高速运行过程中会出现擦伤、裂纹、剥离等情况，所以在修复踏面时车刀切入过程的崩刃现象非常突出。鉴于此，基于多体动力学仿真平台RecurDyn，在车刀刀刃处取观测点，模拟车刀的实际切削状态，以获得观测点的应变与应力曲线，分析不同切削速度、进给量下观测点所受最大应变和应力的影响。

关键词：RecurDyn;合金车刀;冲击载荷;动力学仿真

0 引言

在电客车高速运行过程中，制动力过强，轮对被闸瓦抱死，轮对在钢轨上滑行会产生踏面剥离和擦伤等缺陷。轮对镟修时，缺陷的存在会产生冲击、振动，导致硬质合金刀片崩刃现象的发生。

本文采用多体动力学仿真平台RecurDyn，在刀刃处取观测点，分析不同切削速度和进给量时观测点所受最大应变和应力的影响，仿真结果为在轮对踏面缺陷处切削时选择合理的切削速度和进给量提供了理论参考。

1 模型的建立

1.1    接触力算法

在Hertz接触问题中，由于接触区附近变形受周围介质约束，因而各点处于三向应力状态，随离接触面距离的增加而迅速衰减。此外，接触应力与外加压力呈非线性关系，并与材料的弹性模量和泊松比有关。

Hertz接触理论得到的应力满足椭圆分布规律，即正应力σz如下：

式中：pm为接触面的平均应力。

但现实中很多接触问题并不满足Hertz理论条件，RecurDyn中接触力的计算是基于Hertz接触理论的，但在Hertz理论上进行了优化，其接触力的法向力fn计算如下[1]：