多边形影响分析：齿轮箱振动及疲劳强度研究

以20阶多边形为例，考虑多边形幅值为0.1mm、0.2mm和0.3mm，速度为100km/h、200km/h、250km/h、300km/h和350km/h工况下对齿轮箱箱体在纵向、横向和垂向加速度均方根值变化趋势。

分析图5-31可知：在相同运行工况下，幅值为0.3mm的纵向加速度均方根值最大，0.2mm次之，0.1mm的最小。所以可以推断：幅值越大，齿轮箱箱体在纵向的振动越剧烈，所以应该严格控制多边形幅值的数值。

图5-31　纵向加速度均方根值

在100～200km/h速度范围内，齿轮箱箱体4个测点位置在纵向的加速度均方根值随着幅值的增大呈小幅上升趋势。当速度从200km/h增加到300km/h时，齿轮箱箱体4个测点纵向加速度均方根值近似呈线性增加。当速度从300km/h增加到350km/h时：幅值为0.1mm时小齿轮箱箱体轴承正上方加速度均方根值略有减小，其他3个测点均小幅增大；幅值为0.2mm时4个测点加速度均方根值都增大；幅值为0.3mm时，大齿轮箱油位观察孔的加速度均方根值继续增大，其他3个测点的值都呈减小趋势。

分析图5-32可知，在100～200km/h速度范围内，幅值为0.1mm时小齿轮箱箱体轴承正上方测点横向加速度均方根值增幅高于幅值为0.2mm和0.3mm工况，其他3个测点横向加速度均方根值均小幅增加。在相同速度工况下，幅值为0.3mm的横向加速度均方根值最大，0.2mm次之，0.1mm的最小。当速度从200km/h增加到250km/h时，除幅值为0.1mm时小齿轮箱箱体轴承正上方横向加速度均方根值几乎不变外，其他工况测点值都呈显著增加。当速度从250km/h增加到350km/h时，除幅值为0.2mm和0.3mm大齿轮箱箱体轴承正上方横向加速度均方根值在300～350km/h速度范围内几乎不变外，4个测点位置的横向加速度均方根值都显著减小。所以当速度达到250km/h时，4个测点横向加速度均方根值都达到最大值。所以基本可以推断：同等运行工况下，多边形幅值越大，齿轮箱箱体横向加速度越大。

图5-32　横向加速度均方根值

分析图5-33可知：在相同运行工况下，幅值为0.3mm的垂向加速度均方根值最大，0.2mm次之，0.1mm最小。所以可以推断：幅值越大，齿轮箱箱体在垂向的振动越剧烈。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随着幅值的增加呈小幅上升。

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图5-33　垂向加速度均方根

当幅值为0.1mm和0.2mm时，速度从200km/h增加到300km/h时，小齿轮箱箱体轴承正上方测点垂向加速度均方根值都呈上升趋势。速度从300km/h增加到350km/h时，该点垂向加速度均方根值都呈下降趋势。而其他3个测点垂向加速度均方根值变化趋势为：速度从200km/h增加到250km/h时该值显著增加，速度从250km/h增加到300km/h时该值减小，速度从300km/h增加到350km/h时该值又呈小幅上升趋势。

当幅值为0.3mm时：小齿轮箱箱体轴承正上方垂向加速度均方根值变化趋势与幅值0.1mm和0.2mm相同；其他3个测点垂向加速度均方根值变化趋势为：速度从200km/h增加到250km/h时，该值显著增加，速度从250km/h增加到350km/h时该值缓慢减小。所以也存在同等运行工况下，多边形幅值越大，齿轮箱箱体垂向加速度越大的现象。

分析图5-34可知：在相同运行工况下，幅值为0.3mm的等效应力均方根值最大，0.2mm次之，0.1mm最小。所以，多边形幅值越大，齿轮箱箱体等效应力均方根值就越大，会加剧齿轮箱箱体的振动疲劳损伤。

图5-34　等效应力均方根值

当速度从100km/h增加到200km/h时，齿轮箱箱体4个测点等效应力均方根值随着速度增加而小幅增加。当速度从200km/h增加到250km/h时，4个测点等效应力均方根值都显著增加；当速度从250km/h增加到300km/h时，除大齿轮箱油位观察孔等效应力均方根值稍微降低外，其他3个测点等效应力均方根值都显著减小；当速度从300km/h增加到350km/h时，小齿轮箱箱体轴承正上方测点位置的等效应力均方根值呈下降趋势，而其他3个测点等效应力均方根值都呈上升趋势。

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幅值的影响，还受到列车运行速度的影响。当列车运行速度在0～200km/h时，车轮多边形幅值对齿轮箱箱体的振动加速度影响相对较小，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，车轮多边形幅值越大，轮轨之间冲击力也越大。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，列车速度为250km/h、车轮多边形阶次为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类似。

综上分析可知：同等运行条件下，多边形幅值越大，齿轮箱箱体的加速度和等效应力均方根值均越大，所以多边形幅值的大小对齿轮箱箱体的振动有着很大的影响。