动态激励下高速列车齿轮传动系统振动特性分析

为了研究高速列车齿轮传动系统动态特性,内部激励考虑齿轮的时变啮合刚度和传递误差,扭矩波动表示输入端激励,负载端激励考虑由黏滑振动引起的负载波动。利用有限元方法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,考虑齿轮啮合误差,并用傅里叶级数展开。结合非线性多尺度近似解析方法,利用单自由度扭转模型分析动态激励对系统振动的影响,同时建立考虑齿轮啮合的高速列车动力车整车动力学模型。研究表明:齿轮传动系统中存在谐波振动,扭矩波动不仅会增大轮齿的角加速度和啮合力,同时使齿轮箱的振动加剧,并改变系统的振动主频,可能引发共振。黏滑振动将使齿轮系统的各项指标急剧增大,严重影响齿轮的啮合平稳性,在实际运营中应尽量避免。     

接触网腕臂结构系统动力学分析

根据实际工况建立接触网腕臂结构系统的有限元模型。利用有限元法对此模型进行受力分析,校核其静强度、静刚度。建立腕臂结构系统的动力学模型,通过模态分析得出模型的前10阶固有频率及振型,并通过谐响应分析计算在外载荷的影响下结构的共振频率。通过对腕臂结构系统的动力学分析,得出在外载荷作用下,整体结构系统不会发生共振现象,与实际工程项目相符,为工程实际提供理论支持。     

高速列车齿轮箱齿轮副接触应力分析

高速列车齿轮箱内的齿轮副的强度为列车安全运行的关键因素,以我国自主研发的某高速列车转向架齿轮箱齿轮副为研究对象,通过建立齿轮系统三维实体模型,通过SOLIDWORKS简化并建立有限元仿真模型,利用ANSYS WORKBENCH对齿轮啮合部位进行静态和瞬态力学分析。理论计算值和仿真分析结果都在强度安全范围之内,符合设计要求。在瞬态分析时发现,在齿轮启动阶段接触应力较大且出现应力波动,对齿轮系统的可靠性有一定的不利影响。     

基于ADAMS动载荷谱的行星齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了预测电动汽车自动变速器的寿命周期,研究了行星齿轮的弯曲疲劳寿命问题。运用ABAQUS软件对单组太阳轮和行星轮部分轮齿进行了静力学摩擦接触分析,解决了齿轮之间添加摩擦接触不收敛问题,得出了齿轮啮合最大应力发生在太阳轮齿根圆角处,小于材料的许用应力,验证了齿轮弯曲强度符合要求。通过ADAMS动力学仿真软件对行星齿轮进行了动力学仿真,得到了太阳轮和行星轮啮合的扭矩载荷谱,且符合齿轮运转实际工况。将ABAQUS静力学结果文件和ADAMS载荷谱导入疲劳分析软件nCode DesignLife中,获得了行星齿轮疲劳寿命循环次数,得出了行星齿轮最容易发生疲劳破坏部位为太阳轮齿根圆角处,为齿轮的优化设计提供了理论依据。     

接触网腕臂结构系统防松研究

根据实际工况建立了腕臂结构系统的有限元模型。利用有限元法对该模型进行受力分析,校核其静强度、静刚度。建立了腕臂结构系统的动力学模型,通过模态分析得出模型的前十阶固有频率及振型,并通过谐响应分析计算在外载荷的影响下结构的共振频率。通过对腕臂结构系统的动力学分析,得出在外载荷作用下,整体结构系统不会发生共振现象,与实际工程项目相符。同时分析出腕臂结构的连接件中振动影响最大的部件,为螺栓防松提出建设性意见,并为工程实际提供了理论支持。     

车体弹性效应下的垂向振动特性研究

针对高速列车车体弹性振动影响悬挂部件的安全性及乘坐舒适性问题,建立考虑车体弹性的高速列车垂向刚柔耦合动力学模型,车体视为两端自由均质等截面欧拉-伯努利梁,在频域内研究弹性效应下的振动特性及其传递关系。分析结果表明,在特定轨道不平顺波长激励下,车体对称模态响应为零,而反对称模态响应最大;反对称模态响应为零,而对称模态响应最大。当车体固有频率与激励频率一致时,车体会产生共振。一阶垂弯共振速度与共振波长对列车运营有重要影响,一阶垂弯模态频率处车体相关频响函数加速度传递率最大,对车体振动贡献最大,速度越高,对一阶垂弯频率要求越高。提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼、适当降低二系垂向阻尼可提高车体垂向运行平稳性。     

基于模态分析的机车齿轮罩结构优化

为了提高机车齿轮罩的疲劳强度,基于有限元模态分析方法对齿轮罩进行了结构动态特性分析。分析中根据齿轮罩振动模态和应力状态分布情况,确定了原结构强度的薄弱环节,并进行合理的改进。改进后的结构大幅度提高其响应的固有振动频率,以避免服役过程中壳体产生共振。同时,改进后齿轮罩的疲劳强度得到大幅提高,满足了使用要求。对分析结果进行了试验验证,所得数据与试验结果较为一致。     

分度圆裂纹齿轮副动态特性及故障诊断

将有限元软件ANSYS建立的齿轮有限元模型和多体动力学软件SIMPACK建立的齿轮副啮合模型进行联合仿真,轮齿有限元模型计算其单齿刚度,生成齿轮副啮合综合刚度,并导入齿轮副SIMPACK模型;齿轮副啮合模型不采用Gear-pair力元,通过移动Marker、函数表达式以及输入函数等实现啮合作用;最终利用广义共振、共振解调技术进行故障诊断。仿真结果表明,ANSYS计算的啮合综合刚度与SIMPACK结果相差2.65%;啮合振动模型计算结果与Gear-pair力元结果误差控制在10%以内。可通过故障特征频率定位故障、采用幅值衡量严重程度,最终达到故障诊断的目的。     

车轮多边形激励下高速转向架构架振动特性分析

车轮多边形通过轮轨接触产生高频激励,会加剧高速转向架的振动、恶化结构部件振动环境,显著影响高速车辆的动力学性能和疲劳寿命。建立了考虑柔性轮对与构架的高速车辆刚柔耦合动力学模型,并开展台架试验验证,通过仿真探究前后轮对多边形相位差、多边形激扰频率与波深对构架振动特性的影响。结果表明：双轮对车轮多边形激励下的构架振动响应大于单轮对激励,但在激励引起构架结构模态共振时二者之间的差距会减小;前后轮对多边形的相位差会引起构架振动的相位差,但对振幅大小无明显影响;在同一激扰频率下,多边形波深越大,构架的振动越大。本研究可为多边形产生和传播机理及抑制措施提供参考。     

车轮扁疤对高速列车齿轮箱动态特性影响分析

在高速列车齿轮箱的动力学研究中,由于齿轮传动系统的结构特殊性,难以直接通过传感器测试得到其动态响应,为此通过仿真建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱箱体有限元模型的整车动力学模型。根据齿轮传动系统参数和扁疤车轮参数,建立了齿轮箱内外激扰模型。对不同工况下的齿轮箱动态特性进行计算,结果表明:车轮扁疤对于高速列车齿轮传动系统的平稳啮合有恶劣影响,当扁疤激扰达到一定程度时,甚至会引起啮合脱离并造成冲击;箱体的不同位置由于其特征模态的不同而对扁疤激扰的敏感度不同,其中箱体底部和油位观察孔处的应力与扁疤长度正相关性较高,应力和变形较大,为危险区域;车轮扁疤对箱体动应力的影响比齿轮箱内部激扰大,相比箱体内部激扰,车轮扁疤对箱体裂纹的形成有更大影响。     

高速列车U型橡胶外风挡结构模态有限元计算与试验分析

随着旅客列车运行速度的提升,安装在车厢连接处的U型橡胶外风挡结构在列车空气动力作用下产生变形振动,当气动载荷的激励频率接近外风挡结构固有频率时易引起共振现象。为分析U型橡胶外风挡结构固有动态特性,利用模态有限元计算和试验相结合的方法,比较有限元模态计算中2种材料本构模型的区别,并研究模态试验激励点与响应点位置对U型橡胶外风挡结构模态参数的影响。研究结果表明:有限元模态分析时,网格单元层数过少导致计算结果刚度偏大;采用Mooney-Rivlin本构模型计算橡胶材料模态参数相对于线弹性更为合适;有限元模态分析所得结构振型可为模态试验响应点位置的选择提供指导。研究成果可为高速列车U型橡胶外风挡结构设计提供参考。     

基于Romax刚柔耦合模型的隧道牵引机车用车轴齿轮箱设计

以齿轮传动分析软件Romax为建模平台,借助三维软件Inventor和有限元前处理软件Hypermesh,建立了包含柔性车轴和柔性箱体在内的隧道牵引机车用车轴齿轮箱的刚柔耦合模型。在综合考虑柔性体变形、轴承间隙和齿轮啮合错位的基础上,依据载荷谱进行了齿轮修形设计、齿轮疲劳强度、轴承寿命和箱体静强度及模态的校核计算。计算结果和实际运行情况表明,该刚柔耦合模型用于车轴齿轮箱的设计开发是可行的。     

钢轨波磨区段高速轮轨瞬态滚动接触高频动态特性

考虑轨道—车辆系统耦合振动以及轮轨几何非线性,建立高速轮轨瞬态滚动接触三维有限元模型,利用隐式与显式相结合的方法模拟高速轮轨瞬态滚动接触过程,轮轨接触采用面—面接触算法。基于列车通过频率和钢轨Pinned-Pinned频率,分析非稳态载荷作用下钢轨短波波磨区段轮轨间相互作用以及列车通过频率对波磨区段轨道—车辆系统动态响应的影响。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨瞬态接触力和牵引比随钢轨波磨几何不平顺的变化呈周期性波动,且牵引比与钢轨波磨几何不平顺呈反相位;当列车通过频率与钢轨PinnedPinned频率相近时引起轮轨系统共振,轮轨接触力出现"拍"振特性,在轨枕附近整体振动较大,加速钢轨扣件伤损,而在2个轨枕跨间整体振动较小;在牵引扭矩作用下,轮轨接触存在周期性黏滑振动,轮轨系统共振时,轨枕附近波磨波谷处的钢轨滑动磨损加剧,加速钢轨波磨的发展。     

高速动车组车端内风挡动力学特性试验研究

开展高速动车组内风挡动力学特性研究是改善车端连接系统动力学性能的重要内容。首先,介绍了高速动车组车端内风挡系统,并采用模态试验的方法获得内风挡固有振动特性。其次,基于350 km/h速度等级高速动车组进行实车线路试验,对内风挡与安装框架进行了振动测试,对比分析外风挡有无间隙条件下内风挡与车端连接系统之间的动态关系。研究表明,高速动车组内风挡结构的前8阶固有振动频率之间数值接近,使得内风挡振动的主频范围增大,易受列车运行过程中的宽频激扰引发弹性共振。当列车外风挡无间隙时,内风挡结构在风挡框架的宽频振动激励下其多阶固有频率被激励,产生接近固有频率的弹性共振;当列车外风挡之间存在间隙时,空腔内压力变化频率使得内风挡产生强迫振动。研究可为内风挡疲劳寿命以及内风挡结构动力学性能设计提供参考。     

HX_D2型机车牵引电机轴承保持架断裂原因探讨

针对HX_D2型机车牵引电机传动端轴承保持架断裂故障问题,文章从轴承保持架断口、模态机械性能等方面进行了检测和计算分析,指出在工作状态齿轮啮合频率与保持架的固有共振频率接近情况下,保持架因共振而产生疲劳断裂,优化保持架结构即可以解决问题。     

单自由度系统强迫激励下惯容对Kelvin模型和Maxwell模型的影响

在Kelvin模型和Maxwell模型的基础上分别串联和并联惯容,研究在强迫激励作用下对系统响应的影响。首先列出由简谐激励、支撑运动、偏心质量引起的强迫振动系统的动力学方程,然后求出各个模型的解析解,得到各个模型的幅频曲线。通过比较振幅放大因子和幅频曲线,发现在不改变刚度和质量的情况下,两种模型并联惯容可以降低系统固有频率,使共振区提前,并且有很好的隔振减振作用。串联惯容在简谐激励和支撑运动引起的强迫振动中有减振隔振效果。     

瞬态冲击下车辆动力学建模及仿真计算

车辆系统受到瞬态冲击是一种常见的工况,文章建立了瞬态冲击下车辆系统的动力学模型,采用Simulink软件对系统响应进行动态仿真计算,得出每节车在瞬态冲击下的加速度、速度、位移等动态曲线图。该仿真方法计算结果清晰,数据可靠,具有较高的工程应用价值。     

CIT400动车组单辅变流器箱体研究

单辅变流器是CIT400动车组上重要的大型电气设备,作为电器部件的载体变流器箱体的强度非常重要,应用Solidworks/COSMOS软件完成了对单辅变流器箱体的有限元分析,通过分析对箱体静强度进行了校核,在标准要求冲击载荷作用下,箱体的强度设计满足实际应用的需要;同时完成了对箱体的模态分析,得到箱体的固有振动特性,为后续设计过程中有效的避免共振对箱体产生不良的影响提供数据支持。     

车下设备激励对车体模态匹配的影响

为系统有效地指导地铁车辆的设计和生产,尽可能减少车辆组装下线后出现振动剧烈等问题,提出了适用于地铁车辆的模态匹配策略和模态设计原则,并对车体典型吊挂设备激励下车体底架振动响应情况进行了研究,对比分析了有、无车下设备激励下车体各部分的振动舒适性指标。研究结果表明:不同车下设备激励引发的车体底架振动响应不同;与有、无车下设备激励条件相比,当考虑车下设备激励时,车体的振动舒适性指标有所增大。     

基于连续跳车激振的大跨度桥梁阻尼识别研究

提出一种基于连续跳车激振的大跨度桥梁阻尼识别的强迫振动法。该方法利用"共振"原理,让车辆以合适速度连续驶越障碍物使主梁经受与桥梁某阶频率相同的周期性脉冲荷载,使桥梁产生较大振幅的振动,从而增强测试信号的信噪比。给出基于连续跳车激振的结构阻尼比识别的基本理论,并以一大跨度悬索桥为例进行动力学仿真。复模态分析表明,当车辆固有频率是桥梁某阶受测模态频率的5倍以上时,车辆振动对受测模态阻尼比影响很小。采用连续跳车激励,当相邻障碍物的间隔△x与行车速度V和受测模态的固有周期T之间满足△x=VT,可以激振起桥梁大幅振动。当噪信比较小时,可以较准确地识别1阶反对称模态阻尼比;随着信噪比的降低,阻尼比识别结果精度有所降低。