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齿轮箱体寿命预测

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据统计,机械零件破坏的50%~90%为疲劳破坏,特别是随着机械零件向大规模、复杂化、高温、高速和大负荷使用环境的方向发展,运行条件复杂、环境恶劣随机因素增加,疲劳破坏更是层出不穷,在长期运行过程中会逐渐老化,剩余寿命会逐步下降,容易导致恶性事故发生,造成巨大的财产损失和人员伤亡;如果盲目地进行维修更换则会带来巨大的浪费,因此关于疲劳破坏问题的研究得到了广泛的关注,其中重点为疲劳寿命的预测。


由于高速列车齿轮箱体结构复杂、载荷变化形式多样、运行环境恶劣,并且同一类结构在相同的使用条件下寿命也有很大的分散度,因此可靠并可信地预测齿轮箱的寿命存在着较大困难。箱体最主要的失效形式是壁板出现裂纹。据统计:如图6-1所示京沪线裂纹累计142起,运行公里数最长251.1万公里,最短92.1万公里;京广线齿轮箱体裂纹累计91,运行公里数最长192.8万公里,最短21万公里。



对出现裂纹故障的齿轮箱体进行检查分析,统计281条因齿轮箱裂纹而更换的轮对,齿轮箱裂纹位置统计结果如图6-2所示,裂纹部位均发生在齿轮箱上部检查孔周围和下部油位观察周围;其中85%断裂事件发生在上箱体、15%发生在下箱体



齿轮箱作为高速动车组牵引制动的关键零部件,安全可靠性必须高度重视能够预测箱体的寿命,可以为制定合理有效的备件制作计划和检修计划提供可靠的依据。通过线路试验数据分析得出的载荷是符合实际情况,符合我国线路条件的载荷。运用实测的载荷对箱体进行寿命预测,是具有设计参考价值实际指导意义的


由于齿轮箱在运转过程中,主要受到扭矩和振动载荷,所以,对于疲劳损坏也主要考虑由于这两种外载而产生的。具体如下:


1)振动载荷的确定

由实测等效加速度表5-5列车运行速度为350km/h,选取最大的等效加速度载RMS有效值,取纵向加速度值:1.5g横向加速度值:2.1g垂向加速度2g


2)扭矩载荷的确定s

列车进入牵引模式时,扭矩较大,牵引电机转矩指令计算公式


式中:



根据牵引特性曲线如图5-4,在电机启动F值为105kN车轮直径r915mm动车组牵引电机总数N16,传动比a2.517,齿轮传动效率97%.



结合外载,计算出齿轮箱的受力情况。



结合S-N曲线和实际载荷谱,计算出齿轮箱的疲劳寿命:


来源:WELSIM
振动疲劳断裂通用WELSIM裂纹电机传动试验
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首次发布时间:2023-06-24
最近编辑:1年前
WELSIM
一枚搞仿真的老员工
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