高速列车机械牵引传动系统热力耦合动态失效机理研究

The project focuses on the heat,vibration,gearbox oil spills of high-speed train mechanical traction drive system, adopting the method of system dynamics, tribology, elastoplastic theory, failure physics, considering the composite load spectrum of the gear, bearing under typical operating conditions and the strengthen characteristics from the manufacturing process, the establishment of multi- excitation coupled and different parts associated dynamics and thermal analysis methods will be made. The failure mechanism and failure influence factors of bearings, gears, gearbox will be studied by combining high-speed train features experiments and kinetic simulation theory,exploring the vibration and disturbance formation mechanism of high-speed train mechanical traction drive system. Then the high reliability and key technology will be obtain which is very important for the high efficiency and safety transmission design, manufacture and maintenance of high-speed train.

本项目针对高速列车机械牵引传动系统发热、振动及齿轮箱漏油等失效问题，运用系统动力学、摩擦学、弹塑性理论、失效物理等，考虑高铁典型运行工况下的齿轮、轴承复合载荷谱与其制造过程形成的强化特性，建立机械牵引传动系统多激励耦合、不同零件相关联的动力学和热分析方法，通过高速列车特征实验和动力学理论模拟相结合的途径，研究齿轮箱轴承、齿轮及齿轮箱壳体失效的机理和相应的影响因素，探索高速列车机械牵引传动系统振动、激扰等的成因机制，获得高速列车机械牵引传动系统高可靠性关键技术，为高铁高效、安全运输机械牵引传动的设计、制造及维护提供重要理论依据。

本项目针对高速列车机械牵引传动系统振动、发热及疲劳失效等问题，考虑齿轮箱外部和内部载荷激励，分析了齿轮箱体振动特性及其影响因素，研究了齿轮箱壳体的应力、应变规律，揭示了齿轮箱壳体的失效机理；考虑传动齿轮箱结构和材料特征以及润滑介质的物化属性，分析了齿轮齿面的润滑状态与摩擦功耗，研究了箱体流场速度、液相、压力和温度等的分布状态和时变特性；考虑列车轴箱轴承的结构、材料和载荷属性，探讨了工况、结构、表面质量及润滑等参数对轴承润滑性能和摩擦转矩的影响规律，研究了对数修形轮廓对轴承承载性能的影响；考虑齿轮箱体结构、制造工艺对疲劳强度的影响，修正了箱体铝合金材料AlSi7Mg0.3的S-N曲线，运用Miner疲劳累积损伤理论对箱体疲劳寿命进行预测，结合非线性累积损伤理论建立了一种剩余强度预测模型，分析了齿轮传动的动态可靠性变化规律；考虑传动齿轮接触与弯曲失效间的相关性，运用Copula理论分析其失效模式间的相关特征，建立了齿轮传动在失效相关下的可靠性评估模型，分析了失效相关、失效独立、最薄弱环节三种设计方法对齿轮传动可靠性的影响。项目研究为高铁高效、安全运输机械牵引传动的设计、制造及维护提供重要理论依据。