轨道交通列车牵引齿轮副接触性能测量、计算及评价方法

本发明属于轨道交通领域和齿轮传动，更具体地，涉及一种轨道交通列车牵引齿轮副接触性能测量、计算及评价方法。

背景技术：

1、轨道交通列车含牵引齿轮的列车包括内燃机车、电力机车、高速动车组列车、城市轨道交通中的地铁和轻轨列车等。牵引齿轮的作用是传递列车运行所需的驱动力和速度。牵引齿轮一般均采用结构紧凑、传动平稳、承载能力强的斜齿轮副。列车运行的特殊性使得牵引齿轮在列车上行与下行时，分别由轮齿的两个不同齿面作为其工作齿面。斜齿轮的两个齿面在加工中难以避免地会存在差异，导致列车上行与下行时齿轮的接触性质和工作性能存在差别。对于牵引齿轮要求其参与啮合的轮齿上的载荷分布要均衡，尽量防止出现载荷突变和波动，影响列车的运行平稳性和乘坐舒适性。同时，列车牵引齿轮箱的使用寿命一般规定两个指标，一个是装机年限；一个是平均运行里程，一般规定不低于80万公里。两个指标中先达到即意味着牵引齿轮达到了使用寿命。在此期间，必须确保牵引齿轮的动态性能。这就为牵引齿轮的设计、使用和维保提出了苛刻的要求。目前对于牵引齿轮的动态性能检测均采用间接量，缺少简单有效的直接物理量检测，更缺少实时在线跟踪检测。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种轨道交通列车牵引齿轮副接触性能测量、计算及评价方法，以实现牵引齿轮接触性能和动态性能的在线实时检测，从而弥补该领域的空白，这对于高速列车和重载列车具有重要的意义。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种轨道交通列车牵引齿轮副接触性能测量方法，基于一种测量系统，所述测量系统包括主动轴、主动斜齿轮、第一绝缘层、从动斜齿轮、车轴、第二绝缘层、导线以及万用表，所述主动轴上安装所述主动斜齿轮，所述主动轴与所述主动斜齿轮之间通过第一绝缘层绝缘，所述从动斜齿轮安装在所述车轴上，所述从动斜齿轮与所述车轴之间采用第二绝缘层绝缘，所述主动斜齿轮通过所述导线与所述从动斜齿轮连接，形成封闭的电路，所述电路中接入所述万用表，所述万用表的读数变化值反映所述主动斜齿轮与所述从动斜齿轮之间的接触区域的面积变化情况，

4、所述电路包括电压支路和电流支路，所述万用表包括电压表和电流表；

5、所述电压支路通过第一导线的a端和b端分别与所述从动斜齿轮和所述主动斜齿轮连接，所述电压支路中接入电阻为 rv的电压表，所述电压表到所述第一导线的a端的电线等效为电阻 r w2，所述电压表到所述第一导线的b端的电线等效为电阻 r w3；

6、所述电流支路，所述电流支路通过第二导线的c端和d端分别与所述从动斜齿轮和所述主动斜齿轮连接，所述电流支路中接入电源和电流表，所述电流表到所述第一导线的c端的电线等效为电阻 r w1，所述电流表到所述第二导线的d端的电线等效为电阻 r w4；

7、所述方法包括：

8、通过如下公式计算实测接触区域的电阻：

9、，

10、式中， r j为实测接触区域的电阻， uv为电压表读数， i g为电流表读数。

11、一种轨道交通列车牵引齿轮副接触性能计算方法，所述方法包括：

12、根据轨道交通列车牵引齿轮副参数计算确定轨道交通列车牵引齿轮副的理论接触面积，所述轨道交通列车牵引齿轮副包括啮合的主动斜齿轮和从动斜齿轮，所述理论接触面积为所述主动斜齿轮和从动斜齿轮之间的理论接触区域的面积；

13、根据所述理论接触面积与所述主动斜齿轮和从动斜齿轮的电阻率计算得到名义电阻。

14、进一步地，所述理论接触区域包括点接触区域和线接触区域，所述根据轨道交通列车牵引齿轮副参数计算确定轨道交通列车牵引齿轮副的理论接触面积，具体包括：

15、根据所述线接触区域中接触线长度与所述点接触区域中的接触椭圆的长轴直径确定轨道交通列车牵引齿轮副的接触方式，所述接触方式包括点接触和线接触；

16、在所述理论接触区域中形成点接触的情况下，所述理论接触区域的面积为接触椭圆的面积；

17、在所述理论接触区域中形成线接触的情况下，所述理论接触区域的面积为接触线长度与接触带半宽的乘积。

18、进一步地，通过如下公式计算接触带半宽 b ij( t)：

19、，

20、式中， f i为第 i段接触线上的载荷，和分别为主动斜齿轮和从动斜齿轮上接触位置的主曲率，和分别为主动斜齿轮和从动斜齿轮的泊松比， e p和 e g分别为主动斜齿轮和从动斜齿轮的杨氏模量， ij代表第 i个 j对齿啮合区， t代表时间， π为圆周率。

21、进一步地，通过如下公式计算接触椭圆的长轴半径 a h和短轴半径 b h：

22、，

23、式中， f i为接触椭圆上的载荷，、、和、、分别为主动斜齿轮和从动斜齿轮上三个接触位置的主曲率，和分别为主动斜齿轮和从动斜齿轮的泊松比， e p和 e g分别为主动斜齿轮和从动斜齿轮的弹性模量， eh为椭圆偏心率， e( eh)表示第二类椭圆积分。

24、进一步地，根据所述线接触区域中接触线长度与所述点接触区域中的接触椭圆的长轴直径确定轨道交通列车牵引齿轮副的接触方式，具体包括：

25、当接触线长度 l ij( t)小于接触椭圆的长轴直径2 ah时，理论接触区域中形成点接触；

26、当接触线长度 l ij( t)大于接触椭圆长轴直径2 ah时，理论接触区域中形成线接触。

27、进一步地，通过如下公式计算轨道交通列车牵引齿轮副的理论接触面积：

28、，

29、式中， ij代表第 i个 j对齿啮合区， sh ij为接触椭圆的面积， a h和 b h分别为接触椭圆的长轴半径短轴半径， sl ij为接触区域的接触方式为线接触时的面积， l ij( t)为接触线长度， b ij( t)为接触带半宽， π为圆周率， t代表时间， s为理论接触区域的总面积。

30、进一步地，通过如下公式计算名义电阻[ r j]：

31、，

32、式中，为电阻率， s为理论接触区域的总面积。

33、一种轨道交通列车牵引齿轮副接触性能评价方法，所述方法包括：

34、根据实测接触区域的电阻 r j与名义电阻[ r j]评价轨道交通列车牵引齿轮副的接触性质，所述实测接触区域的电阻 r j通过如上所述的轨道交通列车牵引齿轮副接触性能测量方法测量得到，所述名义电阻[ r j]通过如上所述的轨道交通列车牵引齿轮副接触性能计算方法计算得到。

35、进一步地，所述根据实测接触区域的电阻 r j与名义电阻[ r j]评价轨道交通列车牵引齿轮副的接触性质，具体包括：

36、对于新加工所得的齿轮副：

37、当 r j=[ r j]时，表明齿轮的加工精度达到精度要求，实际接触面积等于理论接触面积；

38、当 r j<[ r j]时，表明齿轮的加工精度高于精度要求，实际接触面积大于理论接触面积；

39、当 r j>[ r j]时，表明齿轮的加工精度未达到精度要求，实际接触面积小于理论接触面积；

40、对于装配后的牵引齿轮箱，

41、当 r j=[ r j]时，表明齿轮的装配精度达到要求，实际接触面积等于理论接触面积；

42、当 r j≠[ r j]时，表明齿轮的装配精度与设计要求不符；

43、对于装机使用的牵引齿轮箱，

44、当 r j=[ r j]时，表明齿轮未出现磨耗和线外啮合，工作状态良好；

45、当 r j<[ r j]时，表明齿轮出现了磨耗，实际接触面积大于理论接触面积；

46、当 r j>[ r j]时，表明齿轮出现线外啮合。

47、本发明至少具有以下有益效果：

48、本发明通过实时测量不同工况下的齿轮副电阻，对照计算所得的接触面积，判定其接触性质，为牵引齿轮的设计、优化、检测及维修等提供科学依据。