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修正准静态叠加法下的齿轮箱箱体寿命预测

高天阳 肖守讷 杨冰 阳光武

高天阳, 肖守讷, 杨冰, 阳光武. 修正准静态叠加法下的齿轮箱箱体寿命预测[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 480-486. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180185
引用本文: 高天阳, 肖守讷, 杨冰, 阳光武. 修正准静态叠加法下的齿轮箱箱体寿命预测[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 480-486. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180185
Gao Tianyang, Xiao Shoune, Yang Bing, Yang Guangwu. Life Prediction of Gearbox Body by Modified Quasi-static Superposition Method[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 480-486. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180185
Citation: Gao Tianyang, Xiao Shoune, Yang Bing, Yang Guangwu. Life Prediction of Gearbox Body by Modified Quasi-static Superposition Method[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 480-486. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180185

修正准静态叠加法下的齿轮箱箱体寿命预测

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180185
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51675446

详细信息
    作者简介:

    高天阳(1994-), 硕士研究生, 研究方向为车辆结构及可靠性, gty0219@163.com

    通讯作者:

    阳光武, 研究员, 博士, gwyang@swjtu.cn

  • 中图分类号: U262

Life Prediction of Gearbox Body by Modified Quasi-static Superposition Method

  • 摘要: 针对某型内燃机车齿轮箱箱体出现裂纹的情况,建立齿轮箱箱体有限元模型,提出了一种根据实测动应力修正准静态叠加法的应力时间历程计算方法,对单位加速度激励下的响应进行修正。分别用准静态叠加法和基于实测动应力修正的准静态叠加法计算绝对值最大主应力时程,使用雨流计数法对应力时程进行循环计数,根据Miner累积损伤理论对齿轮箱箱体寿命进行预测,后者预测结果与实际结果较为接近。两种方法计算结果差异较大,初步推测所测齿轮箱体发生共振,并通过对比加速度谱的频谱分析结果与齿轮箱箱体模态分析结果进行了验证。该研究为齿轮箱箱体结构设计和优化时疲劳寿命的预测提供了参考。
  • 图  1  齿轮箱箱体裂纹位置

    图  2  齿轮箱箱体有限元模型

    图  3  齿轮箱箱体连接关系

    图  4  抱轴箱实测三向加速度谱

    图  5  齿轮箱上箱体实测三向加速度谱

    图  6  齿轮箱下箱体实测三向加速度谱

    图  7  材料S-N曲线(132 MPa)

    图  8  线路试验及疲劳虚拟测试点位置

    图  9  齿轮箱箱体不同位置计算所对应加速度谱

    图  10  抱轴箱处三向功率谱密度

    图  11  齿轮箱下箱体三向功率谱密度

    表  1  齿轮箱箱体预测和实际疲劳寿命对比

    km
    疲劳损伤D 疲劳寿命L
    预测结果 1.013×10-4 1.916×106
    实际统计 1.293×10-3 1.500×105
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    表  2  各位置实测及虚拟测试动应力最大值对比

    测点位置 测点编号 实际测试最大动应力/MPa 虚拟测试最大动应力/MPa 比值
    (实际虚拟)
    齿轮箱上箱体
    车轮侧立板
    合口拐角处
    1-0° 67.98 78.17 0.870
    1-45° 51.70 65.93 0.784
    1-90° 12.36 14.81 0.835
    齿轮箱上箱体
    电机侧立板
    合口拐角处
    2-0° 53.32 62.08 0.859
    2-45° 23.46 29.36 0.799
    2-90° 13.44 15.37 0.874
    挡油板与齿轮箱
    下箱体焊缝附近
    3 87.02 100.74 0.864
    抱轴箱安装座
    上部焊缝附近
    4 69.83 79.01 0.884
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    表  3  危险位置损伤及疲劳寿命值

    km
    位置 损伤D 疲劳寿命L
    齿轮箱上箱体车轮侧
      立板合口拐角处
    4.142×10-4 4.684×105
    齿轮箱上箱体电机侧
      立板合口拐角处
    1.123×10-3 1.727×105
    挡油板与齿轮箱下箱体焊缝 1.085×10-3 1.788×105
    抱轴箱安装座上部焊缝 8.434×10-4 2.300×105
    抱轴箱安装座下部焊缝 4.558×10-5 4.256×106
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    表  4  齿轮箱箱体模态计算结果

    阶数 固有频率/Hz 模态形式
    1 57.57 轮对侧侧板一阶局部振动
    2 71.12 两侧侧板一阶局部振动
    3 86.63 轮对侧侧板二阶局部振动+
    电机侧侧板一阶局部振动
    4 100.22 两侧侧板二阶局部振动
    5 109.81 轮对侧侧板二阶局部振动
    6 117.06 两侧侧板二阶局部振动
    7 125.01 轮对侧侧板三阶局部振动+
    电机侧侧板一阶局部振动
    8 134.49 轮对侧侧板二阶局部振动
    9 157.52 电机侧侧板三阶局部振动
    10 163.81 轮对侧侧板四阶局部振动
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  • 收稿日期:  2018-04-27
  • 刊出日期:  2019-03-05

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