时频谱特性研究揭示高速动车组齿轮箱振动问题

基于4.2.1节分析工况，为了分析B型齿轮箱箱体在台架试验上的时频谱特性，选取台架试验在大齿轮箱油位观察孔和大齿轮箱齿面观察孔两个测点位置获得的振动加速度进行短时傅里叶变换后，得到这两个测点位置在垂向载荷分别为100kN、180kN及230kN时的垂、横向振动加速度的时频谱特性图。

分析图4-13（a）～图4-18（a）可知：小滚轮高频激励试验台在试验速度为100km/h阶段时，均存在非常明显的共振现象；并且在做试验时，试验速度为100km/h时产生的振动噪声明显高于试验速度为200km/h产生的噪声，这种共振现象在垂向振动加速度的时频图中表现得更明显。

图4-13　100kN载荷工况大齿轮箱油位观察孔振动加速度时频图

图4-14　100kN载荷工况大齿轮箱齿面观察孔振动加速度时频图

图4-15　180kN载荷工况大齿轮箱油位观察孔振动加速度时频图

图4-16　180kN载荷工况大齿轮箱齿面观察孔振动加速度时频图(www.xing528.com)

图4-17　230kN载荷工况大齿轮箱油位观察孔振动加速度时频图

图4-18　230kN载荷工况大齿轮箱齿面观察孔振动加速度时频图

基于上述的共振现象，分析图4-13可知：齿轮箱箱体油位观察孔垂向发生比较明显共振的局部频率有195Hz、573Hz、757Hz和954Hz，横向局部共振频率有954Hz和1 020Hz。由此可以发现齿轮箱箱体在同一位置的垂、横向时频图存在差异，即同一位置的不同方向会激发出齿轮箱箱体局部不同的固有频率，进而发生共振现象。图4-14中齿轮箱箱体垂向存在比较明显的局部频率有195Hz、573Hz和954Hz，横向局部共振频率有954Hz和1 423Hz。比较图4-13和图4-14发现：同一工况不同测点位置的齿轮箱箱体被激发出来的局部固有频率共振也存在差异，而且横向局部固有共振频率高于垂向。此外，齿轮箱齿面观察孔的时频谱图的能量响应比油位观察孔要高一些。

由于在试验过程中转向架牵引电机一直处于断电状态，所以不存在随速度变化的齿轮啮合频率激励齿轮箱箱体局部固有频率发生共振现象。

比较图4-15～图4-18可知：180kN和230kN垂向载荷工况下齿轮箱箱体各测点的时频谱图与100kN垂向载荷工况下的时频谱图基本相同，所以存在的现象与100kN垂向载荷工况下的时频图也基本一致。

综上分析，B型齿轮箱箱体存在573Hz的局部固有频率，这与3.2.2节第2条分析的B型齿轮箱箱体存在580Hz左右固有频率的结论是一致的，即得出一个重要结论：小滚轮高频激励试验台再现了线路试验结果。

B型齿轮箱箱体存在580Hz左右局部固有频率进而被激发共振现象的原因：一是小滚轮高频激励试验台在试验速度为100km/h阶段时发现共振，该共振激励出齿轮箱箱体的573Hz固有频率共振现象；二是由于试验速度为300km/h阶段时，受到滚轮激扰的车轮形成轮径差幅值为0.05mm的20阶多边形，车轮在该多边形转频约580Hz的激扰下使齿轮箱箱体573Hz的局部固有频率被激发出来出现共振现象。