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动车组齿轮传动装置强度分析及优化设计
| 论文题名： | 动车组齿轮传动装置强度分析及优化设计 |
| 关键词： | 动力列车;齿轮传动;结构强度;瞬态动力学 |
| 摘要： | 齿轮传动装置是轨道列车动力传动的关键设备，同时也是动车组传动系统中的重要环节，对可靠性要求高，设计制造的难度大，与行车安全有着直接关系。本文以某厂研制的某型动车组齿轮传动装置为研究对象，主要研究了该型传动装置的三大重要部件：齿轮箱悬挂装置—C型支架、齿轮系统和齿轮箱箱体。采用有限元方法及拓扑优化的方法对传动装置进行强度分析、动态特性分析及优化设计。 本文首先根据目前国内外的有关齿轮传动装置的研究成果，确定了自己的研究方法及内容；然后对传动装置各重要部件进行了几何建模及简化处理。其次，先选取了C型支架作为研究对象，采用ANSYS Workbench软件对C型支架进行有限元静力学分析，得到了其各工况下的应力分布情况，强度评价结果表明C型支架满足静强度要求。紧接着根据修正的Goodman-Smith疲劳极限图对 C型支架进行了疲劳强度评估，结果表明选取的疲劳校核点均在 Goodman疲劳极限图包络线内，C型支架满足疲劳强度的要求。最后研究了C型支架的轻量化设计，以体积比最小为目标函数，在强度和刚度约束均满足材料性能的条件下对C型支架进行了拓扑优化设计，并对优化后的C型支架进行了静强度验证，优化后的C型支架不但刚度有了大幅提升，而且质量比原结构减轻了8.6％。随后，研究了齿轮系统的静态及动态特性，主要包括齿轮齿根弯曲强度分析，齿面接触强度分析及齿轮瞬态动力学分析。对于齿根弯曲强度分析，本文取了小齿轮单齿模型进行有限元分析，根据相关文献找出齿面最恶加载线的位置，然后进行分析。在做齿面接触强度分析时，采用启动工况下的力矩对大小齿轮啮合模型进行有限元分析。为了更好的了解齿轮系统在啮合过程中的动态特性，将大小齿轮各取了四个齿进行了瞬态动力学分析，从而得出了齿轮啮合过程中的应力变化曲线图。最后，对齿轮箱箱体进行了研究，先对其进行了有限元静力学分析，结果表明箱体的强度满足TB/T3134-2013标准规定的要求。然后对其进行了模态分析，箱体前十阶固有频率均避开了可预知的内部齿轮啮合频率，故箱体不易产生共振。为得到更优的齿轮箱箱体结构，从静、动态的设计角度考虑，对箱体进行了多目标拓扑优化设计，目标函数为柔度最小化及前三阶频率最大化，以期达到增强结构刚度的优化的目的。根据拓扑密度云图对其进行优化设计，优化后箱体重量减轻。分析结果表明，优化后箱体的综合性能得以提升，实现了轻量化设计。 |
| 作者： | 闹加才让 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 商跃进 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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