由于轨道线路存在海拔高度差，线路中有众多的上坡和下坡线路，而线路的海拔高度差有几十米，在这种线路工况中列车的运行速度会发生明显变化，而速度变化一定会影响到齿轮箱箱体的振动特性，为掌握列车在上坡与下坡运行工况下的振动特性，本节对此内容进行分析。
3.3.2.1 新镟踏面工况下齿轮箱箱体振动特性
选择齿轮箱振动数据：列车上坡运行时间为25s，海拔高度由47.2m上升到85.4m；下坡运行时间为35s，海拔高度由85.4m下降到55.4m；期间列车的速度由272km/h上升到298km/h，具体如图3-20所示。
图3-20 上坡与下坡的速度-高度-时间关系
结合图3-20和图3-21分析可知：上坡过程的30s为列车加速运行阶段，但齿轮箱箱体垂向加速度数值由±20g逐渐下降到±10g，降低了50%；下坡过程中由于列车仍在加速运行，垂向加速度数值增加到约±15g。对于横向振动加度，列车速度在前40s持续上升，但齿轮箱箱体横向加速度一直维持在±20g范围内，波动较小；当列车速度达到295km/h时，齿轮箱箱体的横向加速度开始迅速上升；当速度达到303km/h时，加速度达到±50g，增幅超过200%，这种现象与齿轮箱箱体的振动加速和速度相关性存在很大差异，这说明齿轮箱箱体横向振动加速度不但与速度有关，还可能与列车下坡时轮轨间产生的横向冲击有关。
图3-21 齿轮箱箱体垂、横向加速度时域图
分析图3-22（b）和图3-23（b）可知：垂、横向高频区存在的2 305Hz及2 389Hz主频均为随速度变化的齿轮啮合频率，在列车速度接近300km/h时，高频区中存在与速度相关的斜形梳状边频带。根据图中所标数据，相邻边频带差值29Hz为轮轴转频，而图中粗黑的宽频区由两方面组成：①以齿轮啮合频率为载波频率，以轮轴转频为调制频率的边频带；②以齿轮啮合频率与齿轮箱箱体局部某阶固有频率接近发生共振形成叠加重合的宽频带区域。因为齿轮箱箱体的横向加速度比垂向高很多，所以其频率的能量响应也比垂向大。
图3-22 齿轮箱箱体垂向振动时频图
图3-23 齿轮箱箱体横向振动时频图
图3-22（c）中10～81Hz频段区存在较高的能量响应，这可能是轨道表面垂向不平顺引起的轮轨激扰频率传递到齿轮箱箱体上；图3-23（c）低频区中，54Hz为轮轴转频的二倍频，65Hz为电机轴转频，131Hz为枕跨冲击频率。图3-23（a）表明在46～60s齿轮箱箱体存在明显的横向冲击，说明列车加速下坡时存在轮轨横向冲击现象。
3.3.2.2 磨耗踏面工况下齿轮箱箱体与轴箱振动特性
如图3-24所示，选取列车上坡和下坡的数据共70s，其中列车在运行高度20m处开始上坡，在上升到49.79m时，耗时32.69s，然后列车开始下坡到高度约15m时，耗时37.31s。列车在70s的上、下坡过程中运行速度基本控制在295～303km/h，由于速度波动小，所以齿轮箱箱体和轴箱的加速度也是小幅波动，其中在20s附近有明显的减小和增加波动现象，其余时间加速度比较稳定。分析图3-25和图3-26可知：齿轮箱箱体垂向加速度约为轴箱的2倍，横向为轴箱的3～4倍，所以齿轮箱箱体的加速度比轴箱大很多，即从轴箱到齿轮箱的振动传递中存在加速度放大现象。(www.xing528.com)
图3-24 上坡与下坡的速度-高度-时间关系图
图3-25 齿轮箱箱体与轴箱加速度时域图
图3-26 齿轮箱箱体与轴箱加速度RMS值
结合图3-27和图3-28分析可知：2 468Hz为齿轮啮合频率，周边存在与速度相关的一系列调制频带，图中所标数据表明相邻边频带的差值为 29Hz，属于轮轴转频，说明它们是以齿轮啮合频率为载波频率，以轮轴转频为调制频率的边频带。
图3-27 齿轮箱箱体垂向振动时频图
图3-28 齿轮箱箱体横向振动时频图
齿轮箱箱体和轴箱的垂、横向时频图均存在660Hz主频，说明列车踏面镟轮运行里程数在15万～20万千米时，已经形成23阶车轮多边形，且23阶车轮多边形的轮轨激扰对轴箱和齿轮箱箱体的振动产生影响。图3-28中144Hz为电机转频的2倍频，132Hz为枕跨冲击频率，18～59Hz频段存在的众多高能量响应频段，且轴箱的能量响应高于齿轮箱箱体，经分析可能是钢轨表面存在垂向不平顺波长引起的轮轨激扰频率，其数值的大小与不平顺程度有关。
分析图3-29和图3-30可知：在相同的均方根幅值下，轴箱垂向中存在的主频在横向时频图中都没有显现，在低频区尤为明显，这说明轴箱垂向振动的能量响应要高于横向，验证了轴箱垂向加速度高于横向的结论；660Hz主频在齿轮箱箱体及轴箱的垂、横向时频图中均存在，证实镟轮后运行里程在15万～20万千米形成了23阶车轮多边形；86Hz为轮轴转频的3倍频。轴箱时频图中存在的与齿轮箱箱体相同的主频，其产生的原因也相同，不再赘述。
图3-29 轴箱垂向振动时频图
图3-30 轴箱横向振动时频图
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