随机振动下地铁车辆传动系统参数优化研究

论文摘要

地铁车辆的传动系统是把来自动力源的电能转化为机械扭矩并通过传动环节传递到轮对以产生牵引力,它包括牵引电机、齿轮传动系统及相应的传动环节和轮对。在轨道不平顺和传动系统本身激励的作用下,会对电机的振动产生非常严重的影响。在实际情况中,也经常会在电机吊座处出现裂纹,导致电机无法正常工作甚至出现“机破”。虽然以前对传动系统做了大量的工作,但是在实际运行中还是出现了问题。因此,进一步地研究传动系统的振动情况具有迫切而重要的意义。首先,本文将车辆系统动力学与齿轮系统动力学的知识相结合,建立了地铁车辆传动系统的数学模型。为了建立齿轮动力学模型,本文利用的瞬态动力学模拟仿真出大、小齿轮的动态啮合时的时变刚度,并以此可以作为在ADAMS/Rail中Torsion spring的输入刚度。以北京地铁B型车辆为研究对象,运用多体动力学仿真软件ADAMS/Rail建立了带传动系统的地铁车辆仿真模型。其次,本文主要仿真在无不平顺的直线轨道、曲线轨道和美国五级谱轨道的直线路三种情况下的电机振动的情况,并对产生的原因进行分析。最后,本文通过改变电机悬挂三个方向的刚度和阻尼参数,并以减少电机的振动加速度为目标,采用ADAMS/Rail仿真软件进行模拟仿真。通过改变电机垂向悬挂刚度和阻尼,得到电机的垂向刚度4×107N/m和阻尼1.2×106N·s/m较为合理。通过改变电机横向悬挂刚度和阻尼,得到了电机的横向悬挂刚度为4×105N/m较为合理,悬挂阻尼为4×103N·s/m较为合理。通过改变电机纵向悬挂刚度和阻尼,得到了电机的纵向悬挂刚度为4×105N/m较为合理,悬挂阻尼为1.2×104N·s/m较为合理,对比优化后的电机悬挂参数也保证了车体的平稳性。图90幅,表14个,参考文献40篇。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 地铁传动系统国内外的研究现状
• 1.3 地铁传动系统的结构类型
• 1.4 本文主要研究工作
• 2 数学模型描述和ADAMS/Rail模型的建立
• 2.1 ADMAS/Rail仿真软件介绍
• 2.2 带传动系统的仿真数学模型
• 2.2.1 车辆系统动力学模型
• 2.2.2 齿轮系统动力学模型
• 2.2.3 地铁车辆—传动系统耦合系统的统一数学模型
• 2.3 带传动系统的地铁车辆ADAMS/Rail仿真模型建立
• 2.3.1 车体的模型
• 2.3.2 带传动系统的转向架的模型
• 2.3.3 带有传动系统的整车模型
• 2.4 轨道谱的基本理论和计算内容
• 2.4.1 美国轨道谱介绍
• 2.4.2 基于频域功率谱等效法
• 2.5 轮轨接触理论简介
• 2.6 本章小结
• 3 齿轮啮合传动的动态分析
• 3.1 齿轮啮合基本理论的介绍
• 3.1.1 齿轮啮合传动的时变刚度激励
• 3.1.2 直齿轮轮齿啮合变形计算方法
• 3.1.3 齿轮啮合综合刚度
• 3.2 有限元法分析齿轮啮合刚度
• 3.2.1 有限元模型的建立
• 3.2.2 齿轮动态啮合求解
• 3.2.3 时变刚度的求解
• 3.3 材料力学方法验证齿轮啮合刚度
• 3.4 齿轮啮合阻尼
• 3.5 本章小结
• 4 带传动系统的地铁车辆电机的振动响应
• 4.1 齿轮副的接触在ADAMS/Rail实现
• 4.2 地铁车辆的电机振动响应的时域分析
• 4.2.1 运行轨道为无不平顺直线轨道
• 4.2.2 运行轨道为曲线轨道
• 4.2.3 运行轨道为美国五级谱轨道
• 4.3 地铁车辆的电机振动响应的频域分析
• 4.3.1 运行轨道为无不平顺直线轨道
• 4.3.2 运行轨道为曲线轨道
• 4.3.3 运行轨道为美国五级谱轨道
• 4.4 本章小结
• 5 电机悬挂参数对电机的动态影响对比优化
• 5.1 电机悬挂刚度对电机动态性能的影响
• 5.1.1 不同电机垂向悬挂刚度对电机垂向振动的影响
• 5.1.2 不同电机横向悬挂刚度对电机横向振动的影响
• 5.1.3 不同电机纵向悬挂刚度对电机纵向振动的影响
• 5.2 电机悬挂阻尼参数对电机动态的影响
• 5.2.1 不同电机悬挂垂向阻尼对电机垂向振动的影响
• 5.2.2 不同电机横向悬挂阻尼对电机横向振动的影响
• 5.2.3 不同电机纵向悬挂阻尼对电机纵向振动的影响
• 5.3 对比优化后电机悬挂参数对车体的振动的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录一
• 作者简历
• 学位论文数据集