振动加速度对高速动车组齿轮箱疲劳强度的影响

以幅值为0.2mm的20阶多边形为例，在列车运行速度为100km/h、200km/h、250km/h、300km/h和350km/h条件下，对比分析直线轨道上理想车轮工况和幅值为0.2mm的20阶车轮多边形激励下轴箱、轮轴（与齿轮箱连接处）、小齿轮箱箱体轴承正上方、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这6个测点的振动响应。从图5-24可以看出，这6个测点在理想车轮工况下的纵向加速度均方根值随速度的增加而小幅增加；对于幅值为0.2mm的20阶车轮多边形，在100～200km/h速度范围内，纵向加速度均方根值呈小幅增长趋势，当速度超过200km/h后，各测点纵向加速度均方根值随速度上升而显著增加；当速度为350km/h时，轴箱加速度均方根值在所有的测点中是最小的，约为160m/s2，而大齿轮箱齿面观察孔的加速度均方根值是最大的，约为600m/s2，二者接近4倍关系。

图5-24　纵向加速度均方根值

分析图5-25可知，在理想车轮工况下6个测点的横向加速度均方根值随着速度的增加而小幅增加；对于幅值为0.2mm的20阶车轮多边形，横向加速度均方根值在100～200km/h速度范围内缓慢增加；对于轴箱和轮轴（与齿轮箱连接处）两测点，在200～250km/h速度范围内其加速度均方根值几乎不变，当速度超过250km/h后，加速度均方根值显著增加；对于齿轮箱箱体4个测点，在200～250km/h速度范围内其加速度均方根值均显著增加，当速度超过250km/h后，其值随速度增加反而减小。从图中可以发现，当速度为250km/h时，齿轮箱箱体4个测点的加速度均方根值均达到最大，其中大齿轮箱齿面观察孔的值约为370m/s2。

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图5-25　横向加速度均方根值

分析图5-26可知，在理想车轮工况下6个测点的垂向加速度均方根值随着速度的增加而微幅增加；对于幅值为0.2mm的20阶车轮多边形，在100～350km/h速度范围内，轴箱垂向加速度呈现先增加后减小的趋势，其值在300km/h速度时达到最大；当速度从100km/h增加到200km/h时轮轴（与齿轮箱连接处）垂向加速度均方根值稍有减小，但速度超过200km/h后，其值急剧增大；在100～200km/h速度范围内，齿轮箱箱体4个测点垂向加速度均方根值几乎保持不变，当速度超过200km/h后，小齿轮箱箱体轴承正上方的加速度均方根值先增加后减小；齿轮箱箱体其余3个测点的垂向加速度均方根值与速度增加的变化趋势相同：即当在200～250km/h速度范围内，其值呈显著增加趋势，当速度从250km/h增加到300km/h时出现减小趋势，当速度从300km/h增加到350km/h时再次出现增加趋势，所以在速度为250km/h时这3个测点的垂向加速度均方根均达到最大，其中大齿轮箱箱体轴承正上方的值为最大，约为370m/s2。

图5-26　垂向加速度均方根值

基于上述分析可得：在理想车轮工况下6个测点的纵、横、垂三向加速度均方根值随着速度的增加而微幅增加，对它们的加速度几乎没有影响。在直线轨道上当车轮出现0.2mm的20阶车轮多边形后，6个测点的加速度均方根值的响应则随速度变化影响比较显著。当速度在100～200km/h时，各点的纵、横、垂三向加速度都小幅增加或几乎不变；当速度超过200km/h后，各点的纵、横、垂三向加速度开始显著性增加，说明幅值为0.2mm的20阶车轮多边形轮轨激扰对高速列车的轴箱、轮轴（与齿轮箱连接处）及齿轮箱箱体的加速度均方根值影响非常显著。