高速列车齿轮传动系统谐振分析

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1、第１４卷第６期交通运输工程学报Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．６２０１４年１２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｃ．２０１４文章编号：１６７１１６３７（２０１４）０６００５１０８高速列车齿轮传动系统谐振分析黄冠华１，张卫华１，宋纾崎１，朱少成１，２，梁树林３，王兴宇３（１．西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都６１００３１；２．里昂国立应用科学学院接触和结构力学实验室，罗讷里昂６９６２１；３．中国北车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春１３００

2、６２）摘要：利用有限元方法得到高速列车齿轮传动系统时变啮合刚度，利用傅里叶级数模拟啮合刚度和传动误差，用多项式拟合齿侧间隙，建立考虑时变啮合刚度、传动误差与齿侧间隙等多种非线性因素的高速列车斜齿轮传动系统弯扭耦合动力学模型。结合非线性多尺度法，推导了高速列车齿轮传动系统谐波共振频率因子，利用数值积分法对齿轮传动系统动力学方程进行求解，得到了齿轮传动系统的频率响应曲线，分析了静态载荷、动态载荷与阻尼对系统谐振响应的影响。分析结果表明：齿轮传动系统中存在多种谐振频率因子，超谐共振会发生跳跃现象，谐波振动

3、会引发系统倍频振动。当相对激励频率低于１．００时，系统波动剧烈。在列车实际运营中应制定合理的运营速度，以避免谐振的发生。关键词：高速列车；齿轮传动系统；谐波共振；多尺度法；频率因子中图分类号：Ｕ２７０．３３文献标志码：Ａ犎犪狉犿狅狀犻犮狉犲狊狅狀犪狀犮犲犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳犵犲犪狉狋狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀狊狔狊狋犲犿犳狅狉犺犻犵犺狊狆犲犲犱狋狉犪犻狀１，ＺＨＡＮＧＷｅｉｈｕａ１，ＳＯＮＧＳｈｕｑｉ１，ＺＨＵＳｈａｏｃｈｅｎｇ１，２，ＨＵＡＮＧＧｕａｎｈｕａ３，ＷＡＮＧＸｉｎｇｙｕ３ＬＩＡ

4、ＮＧＳｈｕｌｉｎ（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｒａｃｔｉｏｎＰｏｗｅｒ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＬａｂｏｒａｔｏｉｒｅｄｅＭéｃａｎｉｑｕｅｄｅｓＣｏｎｔａｃｔｓｅｔｄｅｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔＮａｔｉｏｎａｌｄｅｓＳｃｉｅｎｃｅｓＡｐｐｌｉｑｕéｅｓｄｅＬｙｏｎ，Ｌｙｏｎ６９６２１，Ｒｈｎｅ，Ｆｒａｎｃｅ；３．ＣＮＲＣｈａｎｇｃｈｕｎＲａｉｌｗａｙＰａｓｓｅｎｇｅｒＶｅ

5、ｈｉｃｌｅＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００６２，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇｍｅｓｈｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｉｎｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｍｅｓｈｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｒｒｏｒｗｅｒｅｅｘｐｒｅｓｓｅｄｂｙｕｓｉｎｇＦｏｕｒｉｅｒｓｅｒｉｅｓ，ｔｈｅｔｏｏｔｈｂａｃｋ

6、ｌａｓｈｗａｓｆｉｔｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ，ａｎｄａｂｅｎｄｉｎｇｔｏｒｓｉｏｎｃｏｕｐｌｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｈｅｌｉｃａｌｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｓｏｍｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇｍｅｓｈｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｒｒｏｒ，ｔｈｅｔｏｏｔｈｂａｃｋｌａｓｈ，ｅｔｃ．Ｔｈ

7、ｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｓｃａｌｅｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｒｉｖｅｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆａｃｔｏｒｓｏｆｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｏｆｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔ

8、ｅｍ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｓｔａｔｉｃｌｏａｄｓ，ｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｓａｎｄｄａｍｐｉｎｇｓｏｎｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆａｃｔｏｒｓｉｎｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ａｊｕｍｐｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ