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高速列车传动齿轮动态接触特性及接触疲劳机理分析
| 论文题名： | 高速列车传动齿轮动态接触特性及接触疲劳机理分析 |
| 关键词： | 高速列车;齿轮传动;接触特性;接触疲劳;摩擦模型 |
| 摘要： | 对于高速列车传动系统而言，传动齿轮是实现动力传递的关键部件，其啮合的平稳性直接影响到列车的运行性能。随着高铁运营里程的增加，长期服役过程中的传动齿轮逐渐出现疲劳损伤，在这些疲劳失效齿轮中，以麻点、剥落等接触疲劳损伤较为常见。因此，分析高速列车传动齿轮在不同工况下的动态接触特性和齿轮接触疲劳损伤机理对高铁齿轮的可靠性评估及维护保养有重要工程意义。 本文以CRH3c型动车组传动齿轮为研究对象，采用有限元法对参数化创建的齿轮实体模型进行离散化处理，结合考虑了齿间滑差影响的EHL时变摩擦模型，构建了低速、高速两种不同速度等级下的传动齿轮动态接触有限元模型，并基于Hertz接触理论对传动齿轮有限元模型进行验证。利用非线性有限元软件ABAQUS提供的隐式、显式动态接触算法，分别对低速、高速两速度等级下的传动齿轮接触动态特性展开研究。在低速工况下，直接采用隐式动态接触算法仿真齿面在无摩擦、考虑滑差的EHL时变摩擦及不同常摩擦系数计算工况下的传动齿轮动态接触特性，得到不同摩擦激励对齿面接触作用力、接触应力及状态等特性产生的影响；而在高速运行工况下，先利用显式将齿轮传动系统加速至设定转速，再以加速后的末状态为初始场变量，对高速工况下的传动齿轮动态接触特性进行分析，并对比分析了考虑滑差影响的时变摩擦激励、电机谐波激励、轨道谱激励等不同作用形式激励对传动系统输出轴转速、齿面接触作用力等特性的影响。另外，基于有限元仿真分析结果、载荷谱和材料S?N曲线，采用名义应力法对传动齿轮的接触疲劳寿命进行预测。 结合动态有限元仿真结果，以谐波激励工况下传动齿轮的最大接触应力为试验应力，考虑齿廓滑差的影响，采用GPM-30疲劳试验机对渗碳后的齿轮滚动试样在滑差率分别为15%、20%、25%时进行滚滑疲劳试验。借助SEM电镜、纳米压痕仪、3D表面轮廓仪等设备分析不同滑差率下的疲劳试样的微观组织结构特征及疲劳损伤情况，并结合材料相关理论分析其发生疲劳损伤的原因。 |
| 作者： | 王丹红 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 肖乾 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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