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原文传递车轮多边形与齿轮传动多激励作用对动车动力学性能的影响

论文题名：	车轮多边形与齿轮传动多激励作用对动车动力学性能的影响
关键词：	动车组;车轮多边形;齿轮传动;动力学性能;激励作用
摘要：	随着我国高速铁路不断发展，动车运营速度与运营里程持续提升，轮轨间接触疲劳与磨耗现象逐渐突显，车轮多边形磨耗问题也普遍存在于运营现场。车轮多边形磨耗会恶化轮轨接触关系，使轮轨力激增，对动车的安全性与稳定性造成严重影响。齿轮传动作为动车传递动力的关键方式，具有传递功率恒定、承载能力强、传动效率高等优点。然而齿轮经常处于高速，重载等恶劣的工作环境下，不仅受到齿轮周期性啮合激励的影响，还会受到车轮多边形与轨面不平顺激励的影响，极易产生疲劳失效与齿轮故障，影响车辆运行安全。大部分研究仅单独考虑了车轮多边形或者单独考虑了齿轮传动激励对动车动力学性能的影响，很少同时考虑车轮多边形与齿轮传动激励对动车系统的作用。但齿轮传动激励与车轮多边形激励对系统造成的影响均无法忽略，因此有必要开展车轮多边形和齿轮传动激励共同作用下动车的动力学性能研究，揭示考虑齿轮传动系统的车轮多边形阶数和波深幅值的影响规律，对保障动车运行安全具有更普遍的指导意义。主要的研究工作包括: 　　（1）基于多体动力学理论，移动mark点技术与切片式斜齿轮刚度计算方法在动力学软件中建立了考虑齿轮传动系统的动车动力学模型，并对模型的合理性进行验证。传统动车模型行驶采用的方法是给予初始速度并保持匀速行驶，而考虑齿轮传动的动车模型运行采用的方法为电机转子提供转矩，通过齿轮传动系统将动力传递至轮对驱使动车行驶，更符合实际情况。　　（2）通过理论与仿真对比验证了考虑齿轮传动系统的模型能够模拟出实际工况中的轴重转移现象，并比较分析了各模型的运行品质与运行稳定性。结果表明:考虑齿轮传动系统的模型的在轴重转移模拟方面误差更小，更贴近实际。频谱图中出现齿轮与多边形的调制频率，说明两激励相互影响，有一定的耦合作用。齿轮传动激励在运行品质与运行稳定性方面均有一定影响，该激励不可忽略。　　（3）利用考虑齿轮传动系统的动力学模型，从时域与频域方面深入研究车轮多边形对车轮运行品质、运行稳定性、运行平稳性的影响。结果表明:车轮多边形激励对轮对振动加速度与轮轨垂向力影响较大，对运行平稳性影响较小。考虑齿轮传动激励后的轮轨垂向力最大值更大，在研究车轮多边形安全界限时，具有更优异的安全性能。　　（4）通过切片式斜齿轮刚度计算方法得出考虑齿轮裂纹的时变啮合刚度，并输入至动力学模型。通过时域与频域曲线研究了含齿轮裂纹的齿轮传动系统对动车动力性能的影响，并利用有效值、峰度、波形因数等统计指标分析不同齿轮裂纹深度下的动态啮合力的规律。结果表明:含裂纹齿轮传动系统对轮对振动加速度，轮轨垂向力影响较小，对动态啮合力影响作用较为明显。当同时存在多边形与裂纹激励时，含裂纹齿轮传动系统对动态啮合力有更为显著的影响作用。
作者：	戴杨
专业：	交通运输
导师：	蒋汉军;王文明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023