高速列车传动齿轮箱热分析的建模与仿真
高速列车齿轮箱箱体热-结构耦合分析
科学技术创新2021.12部位 Bear1 Bear2 Bear3 Bear4 Bear5 Fr （N ）12955 9122 8475 5478 0 Fa （N ）38043804表1各轴承受力大小近年来，我国高速铁路发展迅速，运营里程达世界之最。
齿轮箱是高速列车的关键部件，其可靠性将直接影响到列车的运行安全性[1-2]。
高铁齿轮箱体设计要求：（1）承担动力传递过程中作用在箱体上的载荷，要有较高的强度；（2）工作过程中箱体变形小、刚度大，并能实现齿轮与轴承的润滑要求。
箱体的结构特点：在箱体顶部、侧面及两端之外的表面均设有加强筋板，提高齿轮箱体垂向和侧向的刚度;在轴承座处同样设置了多条筋板，提高轴承座的刚度[3-4]。
高铁齿轮箱工作于高速重载环境中，负载、温度对箱体应力、变形影响复杂，现有文献很少从热-结构耦合角度对高铁齿轮箱进行研究。
本文运用Ansys 软件对箱体进行热-结构耦合分析，研究高速列车运行过程中箱体的应力应变情况，确定其薄弱环节，为箱体结构改进和优化提供支持。
1建立高速列车齿轮箱有限元分析模型在Solidworks 中对模型简化处理，去除圆角、倒角、锐角等非重要结构，导入Ansys 用meshing 模块进行四面体非结构化网格划分，网格扭曲度小于0.73。
考虑风速对温度场的影响，在Ansys 中用包围命令得到图1所示外部风场流域和内部油气混合物流域，网格模型见图2。
热分析时，结合传动零件热量传递路径情况，将齿轮啮合接触部分、轴承内外圈与滚动体接触部分切出2mm 的薄片用于摩擦功率的加载，如图3、图4所示。
2高速列车齿轮箱产热计算2.1轴承受力分析工况：正转，350km/h,输出转速2185r/min ，输出轴扭矩2841N ·m 稳态油温100℃，风速5m/s 。
齿轮箱体基本参数：从动轮直径d 1为543.80mm ，螺旋角β为20°，各轴承的分布如图5所示。
图5齿轮箱箱体轴承的分布圆周力：F t =2000Td1高速列车齿轮箱箱体热-结构耦合分析何锐（北方工业大学机械工程学院，北京100043）摘要：齿轮箱是高速列车运行的重要部分，对某型号齿轮箱，应用Ansys 建立有限元仿真模型，对其进行热-结构耦合分析。
高速列车齿轮箱内部流场数值模拟
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高速列车齿轮箱内部流场数值模拟
于宝义，李亚丽，林亚东，郑 黎，李润霞
（沈阳工业大学 材料科学与工程学院，沈阳 １１０８７０）
摘 要：为了研究齿轮箱内部复杂油气两相流的变化规律，采用数值模拟方法研究了转速及浸油深 度对流场的影响．结果表明，３倍于齿高的浸油深度可以充分发挥润滑油的润滑冷却作用．在齿轮啮 合区流体速度最大，不同转速条件下流体速度最大值变化规律相同，并最后稳定在一定范围内波动， 且最大流体速度平均值呈线性增长．齿轮啮合区附近压力变化较大，在啮入区域形成局部高压，在啮 出区域形成局部低压．随着转速的提高，高压和低压绝对值呈增大趋势，但不遵循线性关系． 关 键 词：高速列车；齿轮箱；流场；数值模拟；转速；浸油深度；流速；油压 中图分类号：ＴＨ１３２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０１９）０３－０２７３－０６
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄｉｎｇｅａｒｂｏｘｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｉｎ
ＹＵ Ｂａｏｙｉ，ＬＩＹａｌｉ，ＬＩＮ Ｙａｄｏｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｌｉ，ＬＩＲｕｎｘｉａ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期：２０１７－０３－１３． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１６０５３０７）；辽宁省博士启动基金资助项目（２０１５０１０８４）． 作者简介：于宝义（１９６５－），男，辽宁沈阳人，教授，博士，主要从事模具技术及材料成型工艺等方面的研究．
本文已于 ２０１８－０４－２００９∶１５在 中 国 知 网 优 先 数 字 出 版．网 络 出 版 地 址：ｈｔｔｐ：∥ ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２１．１１８９．Ｔ． ２０１９０５０７．１４２０．０２６．ｈｔｍｌ
高速列车转向架轴箱轴承的热分析建模与仿真
（） ８
｛ｙ ２６＋ ｅ 【 ＝Ｇ Ａ一 ６ ｒ ，
ＯＺ：２Ｇ ：＋ Ａｅ一 ＇
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（ ２ ）
（） ３
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【 ＝Ｇ ＝２ ８ 丁 ｙ Ｇ
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（） ９
工况 为 ： ｍ／。 车组 由 １０ ｍ ｈ开始 以 ｎ ｍ ＝１ ｓ 动 ０ｋ ／ ＝１ ／ Ｓ 的加 速度 加速 ， 直到 速 度达 到 ２ ０ ｍ ｈ为止 ， ０ｋ ／ 已知 该动 车组 的编 组为 ３ ５ ， １０ ｍ ｈ时 ， 承温 度 ４ ｔ在 ０ ｋ ／ 轴
＝
取 滚 动体 的 微 元 体 边 长 分 别 为 、ｙ 出 ， 该 ｄ、 且 单 元体 为 正方 体 。该 单 元 体 单 位 体 积 的体 力 在 坐标 轴上 的分 量 为 、，ｚ； 位 体 积 质 量 为 Ｐ 质 点 位 移 ｌ 单 、 ； 分 量分 别 为 ｕ 。根据 运动 学 的牛 顿 定律 ， 出各 作 坐标 轴方 向上 的平 衡 式 ， 可得 到相应 的平衡 方程 ： 就
摘
要： Ｃ Ｈ 以 Ｒ ２动车组 的动 力转 向架的轴 箱轴承（ 密封双 列 圆锥 滚子轴 承） 为研 究对 象， 用温度场 和热应 力场 的 利 耦合关 系， 对该轴承 建立了温度 场和热应力分布的数 值模 型 ， 再通过 Ｍａ ａ ｔ ｂ软件 对建立 的模 型进行 仿真分 析 ｌ 和验证 。结果表 明 ： 所采 用的分析 方法是合理 、 可行的 ， 为后 续的高速机 车转向架传动装置 中轴承 的设 计时的
高速动车组辅助变流器箱体的热仿真设计方法
基金项 目：“ 十一五”国家科技支撑计划项 目 （ ０ ９ ． ９ １ Ｊ Ｌ ０ ２ ０ ３ ） 作者简介 ：杨
设置仿真初始条件包括材料参数和发热器件功
宁 （ １ ９ ８ ３ 一） ，男 ，山西太原人 ，工程师 ，博士研究生 。
而 又不失 真 的几 何模 型 ，需要 对 其 结 构进 行 处 理 ， 处 理 内容包 括去 除不必 要 的零 件 、改造钣 金件 的导 角 、处 理薄 板 、封 堵 多余缝 隙及过 孔等 。
１ ． ２ ． ２ 设 置仿 真初始 条件
１ 热仿 真设计方 法与流程
１ ． １ 热仿 真设 计方 法
方 法 的 可行 性 。
关键词 ：辅助变流器 ；热仿 真设计 ；发热器件 ；功率损 耗 ；温度分布 ；高速动车组
中 图 分 类 号 ：Ｕ２ ６ ６ ． ２ ：Ｕ２ ６ ４ ． ３ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． １ ４
第３ ４ 卷， 第３ 期 ２ ０ １ ３年 ５月
文章编号 ：１ ０ ０ １ － ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ — ０ ０ ８ ７ — ０ ６
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ４ ＮＯ ． ３
仿真初始条件 、网格划分及稳态求解计算 ３个环 节。根 据辅助 变流器 的基本技术 参数 ，并结合模 拟及混合 信号 仿真软件 Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ 对辅助变流器 主电路 的仿真结果 ，给 出辅助变流器 中变压器 、电抗器和绝缘栅 双极 型晶体管等 主 要发热器件 功率损耗的计算公式 。以某高速动车组 辅助变 流器 为例 ，采 用计算流 体力学软件 Ｆ ｌ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ，按 照辅 助变 流器 箱体热仿真设计流程 ，得到额定工况下辅助变 流器箱体 的温度 场和流场 分布结果 ，并制 成辅助变 流器 样机 。对 比变压器线包和铁芯及功率模块散热片样机 实测结果 与仿真结 果 ，验证 了辅 助变流器箱 体热仿 真设计
高速动车组列车齿轮箱的故障树分析
高速动车组列车齿轮箱的故障树分析摘要：随着社会经济水平的飞速发展，高速动车组列车逐渐成为人们生活中最常见的交通工具之一。
高速动车的动力系统在运行的过程中，齿轮箱故障是造成的动车运行安全故障的主要问题。
在分析高速动车组列车齿轮箱过重的过程中，要根据不同的故障模式建立故障树的模型，通过数据库进行定性定量分析，对消除动车运行安全问题有很大帮助。
因此，本文将系统性地介绍高速动车组列车齿轮箱故障树的基本概念，讨论故障树的构建和分析仿真。
关键词：高速动车；齿轮箱；故障树引言：我国对高速铁路等基础交通建设的重视程度不断加强，高速动车的运行安全问题关系到每一位乘客。
在国家相关的高速动车运行安全管理标准中，对列车的相关故障评估分析有一定的规范，但仍然缺少完整的分析流程规定。
高速动车组列车齿轮箱是动力系统的重要部分，研究者们通过建立故障数据可故障树模型，能够对高铁系统的安全稳定性进行必要的评估，是目前定位高速动车组列车齿轮箱故障点、分析零件重要性的主要方法。
高速动车组列车齿轮箱故障树的构建高速动车组列车是目前人们出行最经常选择的一种交通工具，为了提高其运行的稳定性和安全性，对发生动力故障的车组进行快速排除定位和维修，需要通过数据库分析和建立故障树模型的方式。
故障树是一种将车组故障事件通过逻辑关系排列出的图示。
在故障树模型中可以根据时间的因果快速定位故障零件[1]。
齿轮箱故障树建立高速动车的动力驱动系统在运行过程中涉及的零件有很多，在构建故障树时主要可以分为两个方面。
首先，要根据齿轮箱的轴承系统中主要的失效模式进行分析，辨别齿轮箱故障属于什么类型。
齿轮在运行过程中如果出现了发热或振动的情况，说明齿轮运行时间过长，轴承连接的位置出现了松动。
此时要将零件拆除进行更换，不能再继续使用。
如果齿轮箱的润滑系统因为润滑剂缺失导致的轴承转动不畅或出现跳动，应当及时进行处理，否则会给设备带来严重损坏[2]。
其次，根据齿轮箱的失效模式可以完善和建立故障树模型并进行分析。
基于HyperMesh软件的高速动车组齿轮箱有限元建模
1 齿轮箱结构建模借助有限元分析软件HyperMesh，可以更好地分析零部件的有限元结构。
本文研究对象是高速动车组齿轮箱，结构如图1所示。
图1 齿轮箱结构图2 几何模型简化有限元分析是一个近似求解的过程。
有限元结构分析前的简化模型非常重要，所以在保证拥有足够的反映实际结构力学的情况下，做一定的模型简化至关重要。
计算模型一定要考虑3方面问题：（1）在结构几何图形确定为同一个设计结构的前提下，设计时由于阶段的不同，它也可以不同；（2）结构对称性应该利用结构和载荷的对称性；（3）当结构的几何图形确定后且考虑了结构的对称性后，可以进行结构的离散化处理。
3 建立中面模型在midsurface面板可以实现中面的提取。
本研究中具体的画中面过程如下：（1）单看其中的一个零件，在Geom用midsurface对其抽取中性面，抽中面时要选中零件的左右面，抽好中面后建立一个新的分组，将抽好的中性面移动到组内；（2）依次对所有零件抽完中面后，要对终面进行几何处理，并检查线的颜色是否符合实际；（3）几何处理好后要进行分组，按材料和厚度将抽好的中面重新分组，量取实体确定厚度；（4）中面画完要进行检查。
4 中面分组对于建好的中面，按厚度进行分组。
使用Geom面板中的distance命令测量车体实体模型各面的厚度，然后按厚度分组。
此步骤是为了以后进行附属性时方便观看，不致于厚度混乱而导致附属性出错。
5 网格划分的基本介绍网格划分的多少、疏密与分析问题的不同有密切关系，研究中网格大小采用5，有些地方由于形状结构的问题可能略有不同。
6 划分网格的原则（1）要适当确定结点与单元数目；（2）关键部位应该尽量用到小单元或者高级次单元；对于应力或者位移变化较为平缓的地方，应尽量用到大单元或者低次单元；对于边界曲折变化的地方、应力集中的地方、应力梯度较大的地方以及重要的部位，单元划分应该较为细致；对于边界较为平直和应力平缓的不重要部位，单元划分可以大一些；这些都不应该影响计算的精度；（3）单元划分应该避免畸形问题；（4）单元与单元之间的过渡应该相对平稳；（5）在结构中对于特殊的界面或者特殊的点，应该划分为网格边界或者节点；（6）自动划分和人工干预结合原则。
机车传动齿轮箱温度场数字仿真_张志彬
文章编号:1008-7842(2010)06-0014-03机车传动齿轮箱温度场数字仿真*张志彬,张开林,姚 远(西南交通大学 牵引动力国家重点实验室,四川成都610031)摘 要 机车齿轮箱工作过程中,由于齿轮啮合传动功率损失、轴承传动表面摩擦生热、齿轮搅油功率损失,使得齿轮箱内部及箱体产生了温升。
为了计算齿轮箱内温度场,以某型大功率机车传动齿轮箱为研究对象,建立了齿轮箱传热数值仿真计算模型。
通过分析齿轮箱的发热机理和对流换热情况,确定了箱体面壁对流换热系数,计算齿轮箱结构生热,并建立热平衡能量方程。
使用FL U N EN T 软件,模拟腔内油气混合物的实际运动情况,求解稳态热平衡能量方程。
分析齿轮箱温度分布情况,研究不同转速及不同浸油深度下,齿轮箱温度分布规律变化与其相互关系。
研究结果表明:齿轮箱温度场呈现以热源为中心,向外辐射温度递减,同时,随着转速与浸油深度的提高,齿轮箱热平衡温度递增,并在一定范围内呈线性关系。
关键词 机车齿轮箱;温度场;浸油深度中图分类号:U 260.332 文献标志码:A机车高速运行时,传动齿轮箱的热损失急剧增大,使得箱体内油温上升,润滑油物理特性发生变化,可能导致齿轮表面胶合破坏和轴承卡死;同时引起齿轮箱密封问题、加速润滑油老化,变质失效等。
随着列车运行速度的不断提高,特别是我国高速铁路的大范围运行,机车传动齿轮箱过热问题变得越来越突出。
目前国内关于机车传动齿轮箱热平衡的相关研究较少,只限于对发动机进行热负荷分析和散热冷却系统的研究。
对于传动系统的热特性分析,一般采用直接试验测试法、间接估算法和简化热平衡计算法。
试验测试法系统性差、间接估算法计算精度较低,因此在齿轮箱热平衡分析研究时,多采用简化热平衡方法。
即根据经验选取油气混合物的平均密度、导热系数等物理特性,利用经验公式简化相应过程,进行运算。
由于忽略箱体内部流体流动特性,以及流体与齿轮箱部件的对流热交换等作用,在实际工程应用中存在很大误差。
基于流固耦合力学的机车齿轮箱温度场对连接螺栓强度影响的仿真分析
基于流固耦合力学的机车齿轮箱温度场对连接螺栓强度影响的仿真分析摘要：齿轮箱作为轨道交通传动系统的核心部件，其性能严重影响动力车运行的动力性、安全性以及舒适性等。
随着轨道交通齿轮箱运行工况恶劣，需要在频繁启动和制动、高速强负荷环境下长时间持续工作，严重影响齿轮箱零部件运行寿命以及列车运行安全。
HXD1机车齿轮箱由上箱和下箱两部分组成，通过螺栓进行连接。
螺栓连接状态会影响箱体合口面接触质量，若预紧力过小，有可能造成润滑油泄露。
若预紧力过大，则会造成箱体变形不均或过大变形，也会影响列车行车安全。
因此，分析齿轮箱准稳态温度对不同螺栓预紧力对上下箱体变形的影响，对优化齿轮箱装配工艺，提高运行性能，具有十分重要的工程指导意义。
根据机车齿轮箱实际运行工况，对齿轮箱进行了温度场和箱体螺栓预紧力对结构变形的仿真分析，结果表明：（1）齿轮箱结构优化时，从产热角度，应降低齿轮箱工作过程中的搅油功率损失和齿轮副啮合功率损失。
从散热的角度，应增大外壁面对流换热系数，如改变外壁面结构，增加外壁面散热筋等措施。
（2）受箱体轴端附件的影响，箱体靠近从动齿轮附近的形变量比较小，最大形变量发生在远离从动齿轮中心的位置。
进一步增强箱体结构的散热性能时，可重点提高箱体底部散热性能，降低油温，改善运行状态。
（3）齿轮箱合口面夹紧力及变形协调规律受螺栓预紧力和箱体热应力共同影响。
通过对箱体合口面变形差值的分析，可知，合口面开口最大的位置往往发生在距离从动齿轮较近的螺栓附近。
在装配过程中需重点保证此处螺栓的装配质量。
关键词：（温度场；齿轮箱；螺栓强度；流固耦合；电力机车）中图分类号：U264 文献标志码：齿轮箱作为轨道交通传动系统的核心部件，它将电机输出的转速和扭矩，经过齿轮副降速增矩作用传递至轮对上，牵引列车前行。
当齿轮箱高速运行时，齿轮副快速旋转啮合，搅动油池底部的润滑油，使得润滑油飞溅至关键零部件区域，如齿轮啮合区、轴承区等，当齿轮箱内部出现润滑油不足时，齿轮、轴承等零部件摩擦产热量上升，箱体散热性能降低，齿轮箱内部温度升高，同时，温度升高降低了润滑油的黏度，进一步增大各零部件摩擦生热，导致齿轮副齿面发生点蚀、胶合失效，轴承发生磨损甚至烧伤等故障。
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作者简 介 ：陈 晓玲（９ ２） ，山东东营人 ，副 教授 ，研 究方 向为 系统 １７－，女 仿真与计算流体动力学；张武高（９ ９） １６ 一 ，男，湖北仙桃人，副教授，研 究方向为动力机械与替代能源；黄智勇（９５） １７ ．，男，江西东乡人，工程 师 ，研究 方 向为高速列 车 、动 车组和 城市轨 道车 辆传动 系统研 究 ；周 平 （９６） ，四川简 阳人 ，高工 ，研 究方 向为高 速列车 、动车 组和城 市 １６， ，男 轨道 车辆传 动系统研 究 。
ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ ｆ ｒ ｈ ｅ ｍａ ｎ ｌ ｓｓ ｒ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄｓ ｕ ｅ ． ｈ ｏ ｅｉ ｌ ｏ ｎ ａｉ ｏ ｅｔ ｒ ｌ ａｙ ｉ ｇ ｐ ｅ ｐ ｒｇ ａ ｃ ｏ ｔ ｈ ａ ｏ ｆ ｈ ｒ Ｋｅ ｒ ｓ ｈｇ ｐ ｅ ａｎ ｓ ｕ ｅ ； ｈ ｒ ａ ｄ ｌ ｇ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅｄ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｔ ｉ ； ｐ ｒ ａ ｔ ｅ ｒ ｇｒ ｍ ｌ ｍｏ ｅ ｉ ； ｅ ｅ ａ ｕ ｅｆ ｌ ｎ ｉ
关 于油气空间的油气混合物 的物性 ， 这里根据油气所 占
的体 积 百分 ，对 润滑 油和 空气 物 性 进 行 折 合 计算 ，有 ：
Ｍ ＝Ｖ ｌ ×Ｍ ＋（一Ｖ ｌｆｘＭ。 Ｏｏ ｆ １ Ｏｏ）
其 中，
为所求的物性参数 ，下标 ｏｌ ａ ｉ和 ｉ ｒ分别代表润滑
油 和 空 气 ， 场 为 润滑 油 的 体 积 百 分 比 ，与 齿 轮箱 内腔 的 几何结构 ， 转速 和 浸 油 深 度 有 关 ， 这里 根 据 文 献 【】 ８的实 验 数 据确定 。
陈晓玲 ， ： 等 高速列车传动齿轮箱热分析的建模与仿真
Ｄｅ ．２ ｏ ｃ． ｏ ７
Ｃ ＝（，ｚ，Ｑ ｆｘ ， 。 由 于 高速 齿 轮箱 的最 高温 度 发 生 在 ｐｆ Ｙ ） ＝（，ｚ ｘ， ｙ） 系 统 达 到平 衡 态 时 ，工 程 上 较 关 心 齿 轮 箱 平 衡 态 的温 度 分 布 ，本 研 究仪 对 稳 态 能 量 方程 求 解 ， 即ａ 仁０ ａ 。 方程 封 闭求 解 需 要 确定 边 界 条 件 ， 齿轮 箱 外 表 面 与 空 气 接 触 面 ， 设定 为 对 流 换热 边 界 条 件 ，对流 换热 系 数 的选 取 ， 与 环 境 的 风速 ，温 度 ，齿 轮 箱 的几 何 结 构等 有 关 。齿 轮 箱 的
箱体底部与基础相接触的情况 ，一般 固定底座较厚，可认为 底面温度 已知且为常数，成为第一类边界条件 。高速列车 中
齿 轮 箱 为悬 空 安 装 ，齿轮 箱 底 部 仍 使 用对 流换 热 边 界 条 件 。
２ ． ２齿轮箱全负荷加载温测实验
为验证模型的有 效性 ， 本研究对齿轮箱在对应列车运行
预测和齿轮 箱的可靠运行研 究提供 了理论基础 。 关键词：高速 列车；传动齿轮 箱；热分析；温度场
中图分类号：Ｔ ３ １ Ｈ１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０ ．３ Ｘ（０ ７ ２．５ ６０ ０４７ １ ２０ ） ３５ ４ —３
Ｔｈ ｒ ｌ ｏ ｅｉ ｇａ ｄＡｎ ｌｓｓｏ ｐ ｒＧｅ ｒＵｓ ｄ ａ ｇ ｐ ｅ ｒ ｉ ｅ ｍａ ｄ ｌ ｎ ａｙ ｉ ｆ ｕ ａ ｅ ｔ Ｍ ｎ Ｓ Ｈｉ ｈ Ｓ ｅ ｄ Ｔ ａ ｎ
３０ｒｈ高速列车传动齿轮箱进行 了热分析研究， ０ｋ ／ ｎ 建立 了传动齿轮 葙的传热数学模 型。 采用有 限差 分 的款值求解方 法。对传动齿轮葙 的整体温度场进行求解 。并与 实际测量款捂进 行对 比。在验证 模型有效性 的基础上 。分析 了传动齿轮 葙的温度场分布规律 。为高速列车传动齿轮 箱平衡 温度 的
ｓｒ ｃ ｇａ ｏ ｎ ｂｉ ｔ ｎｏｌｎｓｍ ，ｈ ｏ ｅｗ ｓ ｅｉｅ， ｎｔｉｂ ｓ， ｅ ｅ ｐ ｒｔｒ ｉｒ ｕｉ ｅ ｒｏ ｕ ａ ｅ ｆ ｅｒ ｘａ ｄ ｕ ｒ ａｉ ｉｉ ｕ ｐ ｔｅ ｄ ｌ ａ ｒ ｄ Ｏ ｓ ａｅｔ ｍ ｅａｕｅ ｓ ｉ ｔ ｎｉ ｇａｂｘ ｆ ｏ ｂ ｌ ｃ ｏ ｍ ｖ ｆ ｉ ｈ ｈ ｔ ｄ ｔｂ ｏ ｎ ｗ ｓ ｎ ｌ ｅ．ｔｓｏ ｎ ， ｅ ｉ ｍ ｅａｕｅｚｎｓａｐ ａ ｅｒ ｈ ｃ ｔ ｎｏ ｅ ｔｏ ｒｅ．ｔｎｌｄｓｈ ｎ ｒ ｉｅ ａ ａｙ ｄ Ｉ ｉ ｕｄ ｔ ｇ ｔ ｐ ｒｔｒ ｏｅ ｅｒ ａ ｅｌ ａｉ ａ ｚ ｆ ｈ ｈ ｈｅ ｐ ｎ ｔ ｏ ｏ ｆｈａ ｕｃｓＩｉｃ ｅ ｅｉ ｅ ｄ ｓ ｓ ｕ ｔ ｎ ｓ ｆ ｏ ｔｏｂｇｂａｓ ｎ ｅ ｕ ｉｅ ｇ ａｓＴ ｅｌｗｔ ｐ ｒｔｒ ｎ ｆ ｒ ｒｍ ｔｅ ｅｔ ｏｒｅ、 ｈ ｏｋ ｒｖｄｄｎ ｃｓ ｒ ｗ ｉ ｅ ｒ ａ ｄｔ ｔｄ ｅｒ． ｈ ｍ ｅａｕｅｚ ｅｉ ａ ｆｏ ａ ｕｃｓＴ ｅｗ ｒ ｏ ｉｅ ｅｅｓ ｙ ｈ ｏｓ ｏ ｆ ｏ ｅ ｏ ｓ ｈｈ ｓ ｐ ａ
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温度场分析 。 本研 究以 ３ ０ ｍ ｈ 高速列车传动齿轮箱整体为研究对 ０ｋ ／
象 ，在 进 行 热损 失和 传 递 规 律 分析 的基 础 上 ，建 立其 传 热 能
响， 能会导致齿轮表 面的胶合破坏和轴 承烧伤咬死 ， 可 润滑、
油 温度 过 高 ，还 可 能会 引起 齿 轮 箱 的 密封 问题 。同 时 ，油温
部 分 文 献 ［４１］ 用有 限 元 程 序 对 齿 轮 箱 箱 体 和 油 池 进 行 １．７采
３ ０ｍ／ ５ ｋ ｈ运行 的新干线高速列车齿轮箱 实验条件下 的油温 可达 １０Ｃ。 ５ ￣ 油温上升导致润滑油粘度下降， 油膜 厚度减小 ，
传 动 间 隙减 小 甚 至 消 除 ， 齿 轮 和轴 承 的润 滑 造 成 很 大 的影 对
收穑 日 期： ０６１ ２０ ． ０ ０７ 修回日 期：２０ ． － ０６ １ ２ ７ １
转， 考虑到箱体内除齿轮外的空间较小， 忽略齿轮箱内润滑
油与油气混和物 的流动，只考虑其导热 ，建立齿轮箱的瞬态 导热能量控制方程有：
望
Ｏ ｔ
豢等 ＋ ＋＋ Ｑ
㈣
其中， ， ，为迪卡尔坐标， 为气流密度；ｃ为定容比热 ，Ａ Ｙｚ ｐ ｖ 为导热系数 ，ｆ 为时间，丁 为温度 ，Ｑ 为单位体积的内热源 即
个系统温升 ，使齿轮产生热变形 ，振动 ，噪声增大，降低系
统 动态 性 能 ，严 重 时 卡死 齿 轮 。
１ 齿轮箱热分析模型与求解
为 便 于齿 轮 箱 热 分析 模 型 的求 解 ， 略两 啮 合 齿轮 的旋 忽
针对高速列车测齿轮箱 的温 度场和研究结构及运 行条件对齿轮箱 温度场 的影 响， 为齿轮箱 的可靠运行和增强散热提供理论依 据 。国外关于齿轮箱热损 失和热效 率的计 算研 究较 多『 Ｊ ｌ，
的方式，通过方程 的源项赋到相应的计算域上。方程中各物
性参数和源项为空间位置的函数，有２ｆｘ ， ，ｐｆｘ ， ， ＝ ，ｚ ＝ ，ｚ ｉ Ｙ） ｉ Ｙ）
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第 １ ９卷第 ２ ３期
Ｖｂ ． ９ ＮＯ ２ １１ ．３
２０ 年１ 月 ０７ ２
量方程， 在计算齿轮箱的各项热损失获得求解方程的源项 的
基础上，采用有限差分法， 高速列车传动齿轮箱 的整体温 对
度 场进 行 了求 解 和 分析 。
上升也加速 了齿轮油 的老化 ，使其寿命变短 ，变质及失效 。
另 外 ，齿 轮箱 内 的热 量 如 不 能有 效而 迅 速 的 散 出 ，会 导致 整
引 言
列车高速运行时，驱动轴高速旋转 ， 传动齿轮箱的热损 失急剧增大 ，使得齿轮箱在热和机械方面都面 临很多问题 。
如 油 温 上 升 ，尤 其在 酷 热 的 环 境 下 ，根 据 日本 的 研 究 ， 以
对齿轮箱温 度场的研 究主要集 中在 啮合齿 的温 度场建模和 有限元求解 上 ｏ １ 。国内关于专 门针对高速列车齿轮箱的热 分析研究较 少， 关于飞机和 车用传动齿轮箱 的热分析研 究较 多，主要采用热网络法对齿轮传动系统进行热分析［－１ １１，有 １３
陈晓玲 张武 高 ， ，黄智 勇 ，周 平
（．上海交通 大学 动力机 械与 工程教 育部 重点实 验室 上海 ，２０ ３；２ １ ００ ０ ．中国南 车集 团戚墅 堰机 车车辆 工艺研 究所技 术 开发中心 ，江 苏 ２ ３ １） １０ １