齿轮箱体寿命预测

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；京广线某齿轮箱体裂纹累计91起，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，齿轮箱体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口周围；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，其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和实际指导意义的。

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得，在列车运行速度为350km/h时，选取最大的等效加速度载荷RMS值（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的值为105kN，车轮直径r为915mm，动车组牵引电机总数N为16，传动比a为2.517，齿轮传动效率为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：