车轮不圆对机车齿轮传动系统动态特性的影响研究

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1、国内图书分类号：U260.11；U260.31密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文车轮不圆对机车齿轮传动系统动态特性的影响研究年级二〇一五级姓名何春燕申请学位级别工学硕士专业车辆工程指导老师翟婉明院士二零一八年五月十八日ClassifiedIndex:U260.11；U260.31U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTheStudyonDynamicEffectofPolygonalWheelonGearTra

2、nsmissionSystemofaLocomotiveGrade:2015Candidate:HeChunyanAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor:Academician.ZhaiWanmingMay.18,2018西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）建立了单对齿轮啮合的扭转振动模型，基于移动Marker点技术及外部输入啮合刚度的

3、方法，采用多体动力学软件SIMPACK建立了单对齿轮啮合的动力学模型。本文采用的齿轮啮合综合刚度能够充分考虑轮齿的剪切变形、弯曲变形、轴向压缩变形和齿轮轮体变形以及赫兹接触变形的影响，比软件自带的225号力元求解啮合刚度的方法更加接近实际情况。（2）基于多体动力学理论，建立了包含上述齿轮传动系统的机车整车动力学模型，该模型能够分析齿轮传动系统作用下机车各部件的振动特性及齿轮传动系统本身的啮合力等动力学参数。通过与传统不考虑齿轮啮合影响的动力学模型计算结果对比，获得了齿轮传动系统对机车部件在垂、横、纵三个

4、方向的影响规律。（3）基于建立的考虑齿轮传动系统动态效应的机车多体动力学模型，从时域和频域的角度分析了车轮不圆对齿轮传动系统动力学特性的影响规律，获得了不同运行速度下车轮不圆影响较大的阶数，能够为机车的养护维修及安全运营提供技术参考。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担

5、。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着世界重载铁路运输需求不断提高，研制长编组、大轴重、高速度的重载列车是提高货物运输能力的解决方案，大功率机车是铁路重载运输发展的一大趋势。重载机车通过牵引电动机和齿轮传动系统为重载列车提供动力，随着牵引功率的不断增加，机车齿轮传动系统等关键传动部件的工作环境更加苛刻和恶劣，容易发生故障。同时，随着机车运营里程的增加，轮轨之间的接触疲劳及磨耗现象逐渐凸显，车轮不圆的问题也日益暴露出来，将导致机车牵引传动系统不仅受到来自齿轮周期性啮合激励的

6、影响，还受到来自车轮不圆引起的轮轨界面周期性激励的影响，齿轮传动系统承受更加剧烈的动态载荷作用，极易产生疲劳失效和故障，严重威胁重载机车的运行安全。因此，研究车轮不圆对机车及其齿轮传动系统的动力学影响，揭示车轮不圆阶数和波深幅值的影响规律，对制定合理的重载机车养护维修策略和保障重载列车行车安全具有重要的指导意义。首先，建立了单对齿轮啮合的扭转振动模型，基于移动Marker点技术及外部输入啮合刚度的方法，采用多体动力学软件SIMPACK建立了单对齿轮啮合的齿轮传动多体动力学模型。之后，将齿轮传动模型作为子

7、系统导入机车转向架模型中。根据机车结构和设计参数，建立了考虑齿轮传动系统影响的整车空间多体动力学模型，计算获得了车体司机室、构架、轴箱等部件的垂向振动加速度。通过与试验结果进行对比，验证了模型的正确性。其次，建立了与上述机车动力学模型结构及参数相同，但不包含齿轮传动系统的传统机车动力学模型，对比分析了两种模型在相同工况下的司机室、构架、轴箱、牵引电动机的振动加速度响应。结果表明，齿轮传动系统对机车横向振动影响较小，对牵引电动机和轮对的垂向、纵向振动的影响显著。因此，在精确分析机车传动系统的振动特性时，建

8、议考虑齿轮传动系统动态效应的影响。最后，将车轮不圆激励作为轮轨界面的谐波激励输入本文建立的考虑齿轮传动系统的机车动力学模型中，分析了不同运行速度下，车轮不圆阶数对主动齿轮和从动齿轮振动特性的影响，获得了车轮不圆影响较大的阶数。结果表明，机车低速运行时，5、6、7阶不圆对齿轮系统振动影响较大；高速运行时，高阶不圆的影响较大。通过频域分析可知，高阶车轮不圆对齿轮啮合频率有明显的调制作用。当不圆阶数一定，机车运行速度为60km/h时，随着车轮不圆