多边形阶次对齿轮箱振动特性的影响分析

下面以多边形幅值0.3mm为例，分析线路实测结果中出现比例较高的1、6、11和20阶多边形对齿轮箱加速度变化规律，主要包括纵向、横向、垂向加速度均方根值及等效动应力4个方面。

分析图5-35可得：相同速度工况下，多边形阶次越高，纵向加速度均方根值也越大，而且当速度超过200km/h时，20阶多边形纵向加速度均方根值增加显著，其中最大值在大齿轮箱齿面观察孔，约为700m/s2。

图5-35　纵向加速度均方根值

在100～200km/h速度范围内，多边形阶次为1、6和11时齿轮箱箱体4个测点纵向加速度均方根值波动甚微，多边形阶次为20时纵向加速度均方根值随速度增加而小幅增大。当速度从200km/h增加到350km/h时：多边形阶次为1和6时齿轮箱箱体4个测点纵向加速度均方根值几乎不变，11阶存在小幅增加和减小的波动现象；多边形阶次为20时大齿轮箱油位观察孔纵向加速度均方根值持续增加，其他3个测点位置变化趋势为：在速度从200km/h增加到300km/h时，纵向加速度均方根值持续增大，在速度从300km/h增加到350km/h时，该值呈现较明显的减小现象，即速度为300km/h时，纵向加速度均方根值达到最大。

分析图5-36发现：在100～200km/h速度范围内，多边形阶次为1、6和11时齿轮箱箱体4个测点横向加速度均方根值波动甚微，多边形阶次为20时横向加速度均方根值随速度升高而小幅增加。当速度从200km/h增加到350km/h时，当多边形阶次为1时，4个测点横向加速度均方根值几乎不变，而6阶和11阶次存在小幅增加和减小的波动。当多边形阶次为20时，4个测点横向加速度变化趋势为：当速度从200km/h增加到250km/h时，横向加速度均方根值快速增加到最大值，而当速度从250km/h增加到350km/h时则快速减小，其中大齿轮箱油位观察孔和大齿轮箱齿面观察孔减小显著，在速度为350km/h时横向加速度均方根值与速度为100km/h的值接近。

图5-36　横向加速度均方根值

在100～300km/h速度范围内，同等速度工况下，多边形阶次越高，横向加速度均方根值就越大，且在速度为250km/h时达到最大值。(www.xing528.com)

分析图5-37可得，齿轮箱箱体4个测点的垂向加速度均方根值的特性为：多边形阶次越高，垂向加速度均方根值也越大，而且多边形阶次为20的垂向加速度均方根值在速度超过200km/h后开始快速增加，并在速度达到250km/h时达到最大值，其中最大值出现在大齿轮箱齿面观察孔处，约为550m/s2。

图5-37　垂向加速度均方根值

当速度从100km/h增加到350km/h时，1阶车轮多边形齿轮箱箱体的4个测点垂向加速度均方根值微幅增加，而6阶和11阶车轮多边形的4个测点呈小幅增加和减小波动，但11阶波动相对更大。对于20阶车轮多边形，当速度从100km/h增加到200km/h时齿轮箱箱体4个测点的垂向加速度均方根值微幅增加；当速度从200km/h增加到250km/h时，大齿轮箱箱体轴承正上方、大齿轮箱油位观察孔和大齿轮箱齿面观察孔垂向加速度均方根值快速增大到各自的最大值；当速度从250km/h增加到350km/h时，这3个测点的加速度值持续减小。小齿轮箱箱体轴承正上方在速度从200km/h增加到300km/h时垂向加速度均方根值持续增加，当速度从300km/h增加到350km/h时减小。

基于上述分析可得：齿轮箱箱体的振动剧烈程度不仅受到车轮多边形阶次的影响，还受到列车运行速度的影响。当列车运行速度在0～200km/h时，车轮多边形阶次对齿轮箱箱体的振动加速度影响较小，其原因是列车运行速度慢，轮轨激扰频率低且冲击力小。当速度超过200km/h时，轮轨之间的冲击力显著增大，车轮多边形阶次越高，轮轨之间冲击的频率也越高。因此，轮轨高频激扰及大冲击力是导致齿轮箱箱体振动剧烈的主因。此外，当列车速度为250km/h、车轮多边形阶次为11和20时，齿轮箱箱体垂、横向振动加速度均为最大，这可能是齿轮箱箱体在该速度工况下发生局部共振所致，这与滚轮试验台试验出现的现象一致。

分析图5-38可得：当多边形阶次为1、6和11时，齿轮箱箱体4个测点等效应力均方根值微幅波动且数值接近，即这3种多边形对齿轮箱箱体4个测点等效应力均方根值影响甚微。当多边形阶次为20时，齿轮箱箱体4个测点等效应力均方根值在整个分析的速度范围内都为最大值，因此20阶多边形对齿轮箱箱体产生的等效应力均方根值最大，对齿 轮箱箱体损伤相对也最严重，但由于各测点的等效应力最大值不超过5MPa，所以多边形阶次对齿轮箱箱体的损伤也较小。

图5-38　等效应力均方根值

20阶多边形对齿轮箱箱体产生的等效应力均方根值随速度变化的趋势为：当速度从200km/h增加到250km/h时，4个测点等效应力均方根值快速增加且在速度为250km/h时达到最大值；当速度从250km/h增加到300km/h时，4个测点等效应力均方根值都有不同程度的减小；当速度从300km/h增加到350km/h时，大齿轮箱箱体轴承正上方、大齿轮箱油位观察孔和大齿轮箱齿面观察孔的等效应力均方根值又增大，而小齿轮箱箱体轴承正上方测点等效应力均方根值持续减小。