鐵路車輪型面參數(shù)化設(shè)計(jì)理論.pdf

1、本文是在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《輪軌斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)理論》(50475059)資助下完成的。鐵路車輪型面設(shè)計(jì)是決定機(jī)車車輛蛇行穩(wěn)定性、曲線通過(guò)性能、輪軌表面磨耗以及脫軌安全性等動(dòng)力學(xué)性能的重要環(huán)節(jié)。在車輪型面的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要多次反復(fù)地進(jìn)行外形形狀曲線修改及性能計(jì)算，這就要求對(duì)車輪型面進(jìn)行參數(shù)化建模，實(shí)現(xiàn)車輪型面的參數(shù)化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)在20世紀(jì)90年代后期已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空、建筑等行業(yè)中，但在研究車輪型面的動(dòng)力學(xué)性能及進(jìn)行車輪型

2、面設(shè)計(jì)時(shí)，還未形成有效的、實(shí)用的參數(shù)化設(shè)計(jì)理論。非均勻有理B樣條(英文縮寫(xiě)：NURBS)特有的良好性質(zhì)及利用少量特征參數(shù)—權(quán)因子和控制頂點(diǎn)就能生成光順曲線的優(yōu)勢(shì)非常適用于車輪型面的參數(shù)化設(shè)計(jì)。本文研究了NURBS曲線構(gòu)造車輪型面的方法，及由此帶來(lái)的型面曲線的局部性質(zhì)、強(qiáng)的凸包性質(zhì)和幾何連續(xù)性，解決了車輪型面設(shè)計(jì)中局部修改踏面外形、保證型面凹凸形狀及光順性等難題；選取權(quán)因子和控制頂點(diǎn)作為車輪型面參數(shù)化設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)變量，重點(diǎn)分析其幾何意義及

3、其取值對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響規(guī)律，確定了取值范圍；根據(jù)車輪型面的設(shè)計(jì)原則，對(duì)輪緣和踏面部分有不同的動(dòng)力學(xué)性能要求，據(jù)此確定輪緣和踏面部分曲線的邊界條件，利用NURBS曲線插值和逼近的方法分別對(duì)輪緣和踏面進(jìn)行參數(shù)化建模，最后利用組合NURBS曲線方法對(duì)車輪型面進(jìn)行參數(shù)化建模；基于這種參數(shù)化模型，以提高車輛動(dòng)力學(xué)性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出了基于NURBS表達(dá)的，根據(jù)少量特征參數(shù)生成動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)秀的、光順的鐵路車輪型面參數(shù)化設(shè)計(jì)理論。根據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)