基于刚-柔耦合模型的高速机车齿轮传动系统断齿故障仿真分析

用三维建模软件SOLIDWORKS对DF4B型机车走行部传动系统进行建模,并利用有限元软件ANSYS对故障齿轮进行柔性建模,再将三维模型导入动力学仿真软件ADAMS中,建立刚-柔耦合模型并进行仿真,最后分析了不同测点处的振动仿真结果。结果表明:通过对不同故障齿轮的振动信号进行频谱分析可准确的判断出故障的发生频率及故障的严重程度。通过对同一故障的不同测点进行分析可知振动信号的传递性,从而为状态监测中传感器的布置提供了理论依据。     

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。     

车轮多边形化对高速列车齿轮箱体动态响应的影响

为了研究高速列车齿轮箱体在受多边形车轮激扰下的动态响应,建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱体有限元模型的整车动力学模型。进行了线路实测试验和箱体模态分析。对齿轮箱体上裂纹易于萌生处进行了加速度和动应力分析。结果表明:20阶多边形车轮容易引起齿轮箱体的一阶共振,导致振动加速度和应力显著提高,故障工况下的加速度和应力相比正常工况增加了4.6倍和45倍;车轮多边形化对齿轮箱体的影响是局部的,其危险区域为油位观察孔附近和散热筋附近;齿轮箱体发生异常振动时易发生疲劳破坏,箱体的服役寿命随着多边形波深增大而显著降低,应该在运维决策中对破坏危险点进行重点关注。     

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。     

列车万向轴动不平衡振动监测时域预警方法研究

万向轴作为列车主要机械传动部件,其动不平衡的存在加剧了传动系统振动,极易破坏传动系统轴承、万向节等核心部件。文章通过监测齿轮箱异常振动研究万向轴动不平衡时域预警方法,根据长期线路跟踪测试探索时域预警参数,建立万向轴-齿轮箱端振动时域预警模型;利用有限元方法建立传动系统有限元模型,研究不同转速下具有不同动不平衡值的万向轴在齿轮箱端振动响应关系。结果表明:不同转速下,标准旧轴加速度响应最大幅值均约为标准新轴的2.8倍。仿真及实测数据分析表明:列车运行速度为200 km/h时,振动加速度时域预警有效值为3.72g;列车运行速度为250 km/h时,振动加速度时域预警有效值为4.97g。台架试验验证了仿真结果及预警阈值的正确性。     

机车车辆齿轮轴裂纹的传动系统振动特性分析

车辆服役过程中,某型机车车辆齿轮传动系统经常出现小齿轮轴裂纹等失效现象。为掌握齿轮轴裂纹状态下传动系统的振动特性,更加有效支撑系统的故障诊断,文章通过齿轮啮合、悬挂系统将齿轮传动系统集成到整车动力学模型中,建立包含齿轮传动系统的机车车辆动力学模型。该模型综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、轨道几何不平顺及轮轨接触等非线性因素,并通过机车车辆线路实测数据验证所建模型的有效性,同时详细研究不同裂纹深度下的机车车辆齿轮传动系统振动特性。结果表明,机车车辆齿轮传动系统的振动特性受到轴裂纹的影响,其传动平稳性随着裂纹深度的增加会逐渐恶化。该研究结果可为后期的机车车辆齿轮传动系统故障诊断提供理论支撑,对机车车辆的运营维护具有实际指导意义。     

基于刚柔耦合模型的动车组齿轮箱箱体振动特性研究

以国内某型动车组齿轮箱为研究对象,着重研究箱体的振动特性。首先在SolidWorks软件中建立齿轮箱整体结构的三维模型,然后利用ANSYS软件将箱体柔性化,最后在ADAMS软件中建立齿轮系统刚性且箱体柔性的刚柔耦合模型,分析箱体在内部激励下的振动特性。研究结果表明,箱体不同部位的振动特性不同,振动位移较为明显的区域在上箱体顶端和上箱体大齿轮轴承座处,振动速度较为显著的区域在小齿轮轴承座和下箱体大齿轮轴承座处,振动加速度较为突出的区域在小齿轮轴承座和上箱体观察口处。以上研究方法与结论,能够为动车组齿轮箱箱体的结构优化和健康监测提供相应参考。     

考虑系统变形的机车齿轮箱传动计算分析

通过Romax软件建立起机车驱动电机的传动系统模型,并在模型中引入有限元箱体模型,考虑整个齿轮箱的系统变形,进而对齿轮和轴承的工作状态进行更加符合实际工作状态的计算。在此基础上对传动系统的齿轮和轴承寿命设计影响因素进行了讨论。     

地铁车辆转向架齿轮箱失效型式分析

齿轮箱是地铁车辆转向架传动系统中最重要的机械部件,其性能好坏直接决定转向架的性能及整个地铁传动系统是否能够正常稳定运行.文章通过分析转向架齿轮箱的基本结构,以及各部件失效对其性能的影响,对齿轮箱中齿轮、轴承、密封、润滑等齿轮箱常见失效型式进行分析和讨论,以期为地铁车辆转向架齿轮箱的维护和故障分析提供可参考方法.     

CRH5型动车万向轴传动系统技术特征分析

CRH5型动车传动系统通过纵向布置的万向轴传递驱动力矩.本文利用多体动力学软件SIMPACK建立包含传动系统的单节CRH5型动车模型,讨论了驱动、制动和惰行3种工况下万向轴传动系统运动学和动力学性能,并在此基础上对反作用杆杆端关节参数进行优化.结果表明:驱动制动力矩改变齿轮箱转角,使得万向轴不满足等速传动条件,导致驱动力矩波动,引起传动系统强迫振动,对传动不利;反作用杆关节刚度决定齿轮箱偏转角度及其固有振动频率.刚度过小引起万向轴较大折角,而刚度过大使得传动系统固有振动频率与正常运行速度下万向轴强迫振动频率接近,从而引起共振,本文通过对传动系统分析,得出较为合理的系统参数选用范围.     

动车组齿轮箱在线监测系统的研究与设计

动车组齿轮箱因结构复杂、工作环境恶劣与多变,齿轮及轴承等零部件易受损发生故障,进而影响车辆正常运行。鉴于以上原因,文章基于NI CompactRIO设计了一套动车组齿轮箱在线监测系统,该系统通过对齿轮箱的运行状态,包括转速、振动、温度、润滑油品质等特征参数进行测量及远程监控,并结合GPS反馈的车辆运行速度、里程及位置等信息,对测量结果进行分析处理。通过台架试验结果表明,该系统能够实现对齿轮箱多参数的远程在线监测以及异常振动数据的触发存储,验证了系统的有效性和实用性。     

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。     

基于小波分析的齿轮箱故障诊断

通过对齿轮箱噪声机理进行研究,建立了相应的数学模型,提出了一种基于小波变换的故障诊断方法.其基本思想是:首先利用小波变换的多分辨率特性,滤除信号的随机噪声,并将提纯后的信号分解到不同的频区;通过对各频区信号进行比较与分析,选取能量集中、包含了调制成分的部分进行复小波变换,利用多尺度小波包络谱获得信号的包络信息;最后,结合傅里叶频谱,确定齿轮箱的故障原因.研究结果表明:该方法能有效识别出齿轮箱系统中轴和齿轮的缺陷,并能锁定故障发生位置、衡量故障程度.     

基于EEMD和单通道盲源分离的齿轮箱复合故障诊断研究

针对齿轮箱复合故障诊断中,多级传动相互干扰,微弱的轴承故障会被强烈的齿轮故障和噪声湮没而难以提取的问题,提出了基于EEMD和单通道盲源分离的齿轮箱复合故障诊断方法。首先利用单个加速度传感器采集齿轮箱振动信号,对采集的信号进行EEMD分解,根据峭度准则和相关系数重构IMF分量;然后应用盲源分离方法对重构的IMF分量进行求解,对分离的信号进行包络解调分析,确定出齿轮故障通道,轴承故障通道和噪声通道;最后对齿轮故障通道进行傅里叶变换,轴承故障通道进行基于谱峭度的共振解调分析,提取出信号的特征频率,完成齿轮箱的复合故障诊断。通过实验验证了该方法的有效性和可行性。     

动车组万向轴振动监控装置报警阈值分析

针对动车组万向轴运用过程中出现的轴承润滑不良导致的动平衡超标及传动系统异常振动而影响行车安全的问题,研制了车载万向轴振动监控装置。通过在齿轮箱体和电机上安装振动传感器,以齿轮箱和电机测点的万向轴转频频段的振动信号为特征量,实时监测万向轴的健康状态;根据不同动平衡量级万向轴在不同转速下测点加速度响应的仿真分析、台架试验验证以及不同线路运行动车组万向轴现车振动数据统计分析,制定并优化车载报警阈值,并根据故障分级提供车载预警和报警信息。     

中齿轴断齿失效分析及设计优化

某一级行星轮系加两级平行轴结构齿轮箱在实际应用中经常出现第二级小齿轮(中齿轴)断齿的失效事故.某齿轮箱在现场运行1年后发生了中齿轴断齿事故,本文对失效齿轮的断口处进行了宏微观断口形貌分析、化学成分、显微组织以及力学性能的试验分析,寻找齿轮发生早期失效的原因并提出后续设计优化建议.分析发现,该齿轮箱中齿轴失效性质为弯曲疲...     

高速列车齿轮箱流场仿真研究

以某型高速列车齿轮箱为研究对象,针对其运行过程中复杂的内部流场进行仿真分析。建立简化齿轮箱油润滑三维模型,进行流场仿真。获得稳定运行后箱体内部不同瞬时的压力和速度,揭示齿轮箱正常工作时内部流体的分布及变化规律。研究结果表明:齿轮箱内部压强随着运行速度增大而增大,最大压强出现在齿轮即将啮合的位置,速度随时间波动最后趋于平稳,最大速度出现在旋转齿轮的齿顶附近。     

高速列车牵引传动系统机电耦合振动及其影响因素分析

高速列车牵引传动系统是一个典型的机电耦合系统,由于驱动装置存在弹性,各部件间会因系统不稳定因素产生沿旋转方向的振动。主要针对高速列车牵引传动系统机电耦合振动现象及其影响因素进行分析,首先用双惯量模型表示传动装置,分析了机械结构的谐振频率,建立了高速列车传动系统模型,对系统稳定性以及参数影响度进行了分析,着重分析了速度控制器和电流环参数对稳定性的影响;然后在双惯量模型分析的基础上,建立了考虑齿轮箱弹性悬挂的扭转-弯曲耦合振动模型,将系统的电气振荡转化为机械振动,分析了系统电气参数对振动的影响;在小功率实验平台上,模拟再现了机电耦合振动现象,验证了本文的结论。     

CRH5型动车组万向轴传动系统监控装置研制

经车辆长期运用统计发现,若CRH5型动车组万向轴系统发生万向轴轴承磨损、十字节单元包润滑不良、万向轴平衡块松脱等故障,则最终表现为万向轴动平衡指标超出线路运用标准,即万向轴产生动不平衡附加力矩和传动系统产生异常振动。针对此问题,开发研制了车载万向轴传动系统监控装置,用以实时监测万向轴状态,并可提供故障分级的预警、报警信息。该监控装置在齿轮箱体和电机上安装振动传感器,通过检测万向轴动不平衡引起的振动信号的时频特性,诊断故障信息。通过不同动不平衡万向轴在不同转速下测点加速度响应的仿真分析,以及不同动不平衡万向轴装车线路的验证试验表明,以齿轮箱和电机测点的万向轴转频频段的振动信号为特征量,能较好地反映万向轴的振动状态。     

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。