关键词： 行星齿轮箱   早期故障诊断   多点最优最小熵解卷积   卷积神经网络   核电循环水泵  

摘要： 核电循环水系统中的循环水泵(CRF)机组的稳定可靠运行是保障核电产能输出与提升经济性的重要环节之一。行星齿轮箱具有提供大传动比和结构紧凑等优势,是核电循泵机组的核心部件。因此,保证其健康稳定的运行对于保障CRF泵组无故障运行至关重要。本文以CRF泵组的行星齿轮箱作为研究对象,采用现代信号处理技术和深度学习技术对核电CRF泵组行星齿轮箱故障开展诊断方法研究。论文的主要研究内容如下: (1)分析了行星齿轮箱的基本结构和传动特性,研究了行星齿轮箱振动信号传递路径的时变特性,阐述了行星齿轮箱中行星轮轴承较为常见的故障类型和振动机理。搭建了核电CRF泵组行星齿轮箱故障模拟试验台,加工了12种不同类型的行星齿轮箱故障,在CRF泵组试验台上采集不同故障类型的振动加速度信号,为后续的故障诊断方法研究奠定基础。 (2)针对核电站CRF泵组中行星齿轮箱轴承故障特征弱、特征提取难度大的问题,提出一种基于时频微分交叉的量子粒子群算法(Time-frequency Differential Cross Quantum Particle Swarm Optimization,TFDC-QPSO),优化多点最小最优熵解卷积(Multi-point Optimal Minimum Entropy Deconvolution,MOMEDA)算法,以提取行星齿轮箱轴承的周期性故障冲击。首先,对QPSO算法同时引入微分进化(Differential Evolution,DE)算子和交叉(Crossover,CO)算子,构建一种兼具全局寻优能力和高效算法执行率的DC-QPSO算法。其次,提出一种联合包络谐噪比谱熵(Envelope Harmonic Noise Ratio Spectrum Entropy,EHNR＿SE)和故障振幅能量比的平方包络谱(Squared Envelope Spectrum of Fault Amplitude Energy Ratio,SESFAER)的评价指标,以自适应优化MOMEDA参数滤波器长度L和故障周期T。最后,使用参数优化的MOMEDA对故障信号进行特征提取,通过包络分析确定故障类型。在核电CRF泵组试验台行星轮轴承内、外圈试验信号和核电CRF泵组现场测试信号上验证了本文提出的方法,结果表明该方法可有效抑制噪音和干扰成分,对行星轮轴承故障实现准确诊 (3)针对一维卷积神经网络(1-Dimensional Convolutional Neural Network,1DCNN)对故障特征难以实现自适应关注和不同位置传感器提供的互补故障特征难以自适应融合的问题,提出一种基于多源信息融合结合多注意力的一维卷积神经网络(Multi-source Information Fusion combined with Multi-attention1DCNN,MSFMA-1DCNN)。首先,使用混合多注意力的一维卷积神经网络(Hybrid Multi-attention 1DCNN,HMA1DCNN)对单传感器信号提取故障特征信息。其次,提出一种多源信息融合机制(Multi-source Information Fusion Mechanism,MIFM),依据不同传感器对故障诊断结果的贡献力,合理分配权重进行特征融合。最后,使用分类器对行星齿轮箱的不同健康状态进行分类。为了真实的模拟现场工况,使用获取的CRF泵组试验台的行星齿轮箱故障数据集,准备了强噪背景和不平衡背景的数据集,并将本章提出的方法在两种数据集上进行了验证。结果表明MSFMA-1DCNN模型对行星齿轮箱的不同健康状态可实现精确分类,其故障诊断结果均优于其余5种神经网络模型。

关键词： 航空高速轻质齿轮系统   薄壁齿轮   薄壁空心轴   高速深沟球轴承   动力学建模   振动特性  

摘要： 航空齿轮传动系统是航空发动机动力传输的关键部件,其工作可靠性对发动机的功能和性能实现性具有重要的影响。航空齿轮传动系统具有高转速、结构轻薄(柔性)等特点,采用传统齿轮动力学建模方法分析会导致仿真结果和实测结果存在较大差异。系统动力学建模和动态响应精确预测一直是齿轮传动设计的难题,长期困扰我国航空齿轮传动创新发展。论文主要进行航空平行轴系高速柔性齿轮动力学建模方法与技术的基础研究,基于有限元法、转子动力学以及齿轮动力学等理论提出解决高速球轴承、薄壁齿轮、薄壁空心轴、柔性啮合副等系统单元模型构建及其与齿轮系统振动响应复杂耦合难题的方法与技术。最后在航空齿轮传动实验台上进行实验验证。主要的研究内容和结论如下:1)研究了考虑高速工况和结构柔性的齿轮系统动力学建模新方法。传统齿轮动力学中的轴承模型忽略了轴承非线性特性和离心力。论文基于赫兹接触理论建立了考虑载荷、轴承游隙、滚动体公转以及离心力的非线性轴承力模型。针对传统齿轮动力学模型中的刚性齿轮体假设、刚性盘啮合和轴梁单元假设,基于壳单元理论、转子动力学理论以及齿轮动力学理论,考虑高速工况的陀螺效应、轮体柔性、薄壁空心轴柔性以及基于柔性轮体的啮合效应等因素,建立了高速柔性齿轮系统的振动特性分析模型。为了提高计算效率,基于动态子结构法建立了齿轮、薄壁空心轴以及箱体的超单元,减少了振动模型自由度。为后续振动特性影响分析研究提供理论基础。2)将考虑载荷、轴承游隙、滚动体公转以及离心力等因素的非线性轴承力模型引入到齿轮动力学模型中。研究高速深沟球轴承非线性和离心力对直齿轮系统振动特性的影响。并通过与传统齿轮动力学模型的对比说明了考虑轴承非线性特性的优势。结果表明:当共振频率能量分布中轴承能量占比较低时(本文案例为3.8%),采用传统轴承模型与非线性轴承模型得到的共振频率和振动响应基本一致。相反,当共振频率能量分布中轴承能量占比较高时(本文案例为52.1%),轴承非线性特性对齿轮系统的共振频率影响明显,二阶共振频率降低了9.9%,此时采用传统轴承模型会导致预测的共振频率偏大。考虑离心力后,随着转速升高,动态传动误差和轴承振动位移均方根值均逐渐向上增加,采用传统轴承模型则无法观察到这种现象。3)基于提出的建模新方法建立了考虑轮体柔性的动力学模型。研究了轮体柔性对直齿轮、斜齿轮以及人字齿轮传动系统振动特性的影响。通过与传统齿轮动力学模型的对比,阐述了考虑轮体柔性模型的优势。在直齿轮系统中,两种模型在低转速范围内(本文案例是0～8275rpm)的共振转速基本一致。然而传统齿轮动力学模型由于刚性轮体假设会导致预测的高阶共振转速偏大,本文案例中偏大了18.54%,说明传统模型仅适用于分析低速齿轮传动系统。在斜齿轮系统中,传统齿轮动力学模型丢失了与齿轮相关的振型信息,无法分析斜齿轮的横向振动,只能得到系统的弯曲扭转耦合振动。相反,考虑轮体柔性的振动模型预测的振动响应中能够包含薄壁齿轮的横向振动。同理,在人字齿轮系统中,传统齿轮动力学模型由于刚性轮体假设无法分析不对称误差激励下薄壁人字齿的横向振动。对比结果表明建立了考虑轮体柔性的齿轮动力学模型对分析高速柔性齿轮系统的振动特性十分必要。4)基于提出的建模新方法建立了考虑薄壁空心轴柔性的动力学模型。研究了薄壁空心轴对直齿轮系统振动特性的影响。通过与传统齿轮动力学模型对比说明考虑薄壁空心轴的齿轮动力学模型的优势。结果表明:传统齿轮动力学模型的梁单元假设导致预测的高阶共振频率结果偏大(本文案例中误差为19.9%),但是预测低阶共振频率与柔性模型具有一致性。当运行转速超过8000rpm后,两种模型预测的动态响应曲线不同。同样说明了传统齿轮动力学模型仅适用于分析低转速的齿轮传动系统。不同径厚比下的动态响应结果表明薄壁空心轴对齿轮传动系统高速区域的振动有明显的影响,将薄壁空心轴简化为梁单元模型会丢失高转速共振频率。5)基于低速和高速实验台对振动仿真模型进行了验证。在低速实验台上完成了轴承非线性模型的验证。考虑轴承非线性后,计算的振动加速度结果与实验测试结果更加吻合,预测的共振转速更加接近实验值。高速实验台是按照某航空发动机附件传动系统进行仿制的,保留高速工况和柔性结构的特点。因此在高速实验台上完成了考虑轮体结构柔性的理论模型验证。柔性模型计算的单轴自由模态与实验测试的结果误差基本都在5%以内。而传统模型计算的薄壁齿轮轴自由模态误差较大,在34.72%～67.13%范围内。箱体振动加速度对比结果表明,柔性模型预测的共振转速与实验结果一致,而传统模型预测的结果偏大,误差达到了27.3%。论文工作推动了航空齿轮系统中考虑高速工况和柔性结构的动力学精确建模问题的解决。提出的高速柔性齿轮动力学模型可较为准确的分析计算航空高速轻质齿轮系统的振动响应,论文研究为航空齿轮传动高性能设计和减

关键词： 故障诊断   齿轮箱   机器学习   思维进化算法   Sigmoid熵  

摘要： 齿轮箱是机械工业设备中连接与输送动力的核心部件,结构复杂,容易出现磨损和故障,影响设备安全运行,造成经济损失,有效监测齿轮箱安全运行,防止在运行过程中出现故障十分重要。在齿轮箱中,齿轮和滚动轴承承担传递和支撑的工作,受力强度大,是故障率最高的部件。本文针对齿轮和滚动轴承故障状态进行研究,通过提取故障特征信息,建立并优化诊断算法进行故障诊断和识别。主要研究如下:针对单项时域特征或频域特征信息进行故障诊断准确率低,多特征维度信息冗余的问题,提出一种基于离散小波变换和近邻成分分析与随机森林相结合的滚动轴承故障诊断方法,在提高准确率的同时缩短诊断周期。采用离散小波变换方法,对滚动轴承的振动信号进行预处理,提取时域、频域和奇异值特征,将提取的特征值组合成特征矩阵;剔除冗余信息,提取主要特征参数,并引入近邻成分分析算法优化特征矩阵,选取最优组合特征;将选取的最优组合输入到随机森林中进行故障识别,通过其不易过拟合的特性提升故障诊断的准确率,缩短运行周期。实验表明,该方法诊断的准确率达到99.92%,相较于未优化特征组合的方法,运行周期缩短近一倍,为快速、准确的故障诊断提供有力支持。针对齿轮故障表征不明显,传统故障诊断方法精度较低、极限学习机稳定性差等问题,提出基于思维进化算法优化极限学习机的齿轮故障诊断方法,并将Sigmoid熵引入到齿轮的故障诊断中。Sigmoid熵可以减少不确定性信息对特征值的干扰,思维进化算法具备较高的鲁棒性和适用性,利用思维进化算法对极限学习机的权值和偏置进行参数寻优,可以有效提升模型的稳定性和可靠性。实验结果表明,提出的方法在齿轮故障诊断方面具有较高的准确率,平均准确率达到99.6%以上,有效提高齿轮故障诊断的稳定性,为齿轮箱的健康监测和维护提供有力的数据和理论支持。

关键词： 齿轮和轴   过盈装配   有限元法   接触特性   可靠性  

摘要： 过盈连接是利用零件间的过盈配合使其紧密连接在一起,这种连接结构简单、承载能力高、定心精度好,还可以传递转矩和轴向力,在机械产品的装配领域应用非常广泛。但是利用过盈连接原理对机械零件进行过盈装配时,零件可能会发生塑性变形或断裂而导致装配失效,装配完成后零件在工作过程中也可能会出现打滑掉载的问题。因此,本文以某型号变速箱齿轮和轴的过盈装配为研究对象,对其过盈装配的接触特性和可靠性进行分析研究,具体内容如下: (1)齿轮和轴过盈连接公式推导及关键参数计算。基于厚壁圆筒和过盈连接理论,分析了过盈量与接触压力的关系,推导了齿轮和轴过盈连接应力及位移的计算公式,并计算出了齿轮和轴过盈连接下有效结合压力及有效过盈量的范围。 (2)齿轮和轴过盈装配接触特性分析。利用有限元法对齿轮和轴的过盈装配过程进行瞬态动力学分析,采用单一控制变量法来分析不同过盈量、摩擦因数、压装速度、装配偏差及形状误差对齿轮和轴过盈连接面间接触应力及压装力的影响规律,并分析了各参数对其接触应力及压装力的敏感性。结合生产实际数据,优化了关键参数的取值范围,分析了不同影响参数对齿轮和轴过盈装配接触特性的影响。 (3)齿轮和轴过盈装配可靠性研究。分析了影响齿轮和轴过盈装配可靠性的因素,过盈装配完成后分别以齿轮和轴的孔径、厚度及宽度等几何尺寸为输入变量,以齿轮和轴的最大变形量及最大等效应力为输出变量。利用Six Sigma模块分析求解,分别求得齿轮和轴各几何参数对其最大变形量和最大等效应力的响应面模型,计算出各几何参数对齿轮和轴最大变形量和最大等效应力影响的灵敏度,并求得齿轮和轴过盈装配下的可靠度及失效概率,确定了齿轮和轴过盈装配的可靠性。

关键词： 圆柱齿轮   制造误差   有限元建模   动态响应   轮齿修形  

摘要： 齿轮作为一种常用件,因其传动效率高、承受转矩大等特点,被广泛应用于航空航天、车辆、船舶以及仪表等诸多领域。在实际应用中,齿轮的制造误差和弹性变形产生的动态激励,严重影响齿轮系统的高精度平稳运行。本文结合齿轮动态激励的产生机理,针对齿轮传动平稳性问题,采用接触有限元分析方法,从齿轮传动设计、制造工艺以及精度设计角度开展研究,主要研究内容如下: (1)研究了齿轮制造误差与齿轮传动动态激励的产生机理。通过对齿轮的加工和装配误差进行研究,得到了齿轮加工和装配误差的产生机理以及表现形式;通过对齿轮系统传动过程的研究,分析了内部激励的形成机制,包括误差激励、刚度激励和啮合冲击激励。 (2)针对齿轮制造误差与齿轮动态激励造成的传动误差问题,采用集中参数法和有限元法构建齿轮动力学模型并进行了数值求解和研究。对集中参数法建立的多自由度齿轮动力学模型做了推导,并且通过4～5阶变步长Runge-kutta法求解了四自由度的动力学方程。此外,对有限元法建模进行了分析研究,从设计与制造的实际出发,采用有限元法对含有制造误差的齿轮副的动力学特性进行深入分析与研究。 (3)针对制造误差对齿轮传动动力学特性的影响问题,提出了一种含有加工误差和装配误差的齿轮系统有限元模型的构建方法。对含有加工误差和装配误差的齿轮系统有限元模型进行了动力学特性分析,通过提取主、从动齿轮的转角以及轮齿的啮合力来评估系统的动力学特性,得到了加工和装配误差对齿轮系统传动误差、时变啮合刚度以及啮合冲击的影响。 (4)针对带负荷齿轮副啮合传动平稳性问题,构建了融合多种动态激励的齿轮传动系统模型,对齿轮修形及传动动态特性进行研究。建立了带有轴和轴承的相对完整的齿轮传动系统模型,以修形理论为基础,分析比较了多种轮齿修形方法和修形量,得出了最优的轮齿修形参数,并对修形后的齿轮展开了动力学分析,对比修形前后齿轮系统动态特性的变化,验证了所提出研究方法的可行性。 本论文的研究结论为齿轮传动设计、制造工艺及精度设计提供了依据。图66幅,表11个,参考文献83篇。

关键词： 正弦相位调制激光干涉仪   改进PGC-DCM解调算法   VMD   故障诊断  

摘要： 齿轮减速箱作为机械制系统中的重要部件,在高负载工况下容易发生故障。因此,研究齿轮减速箱状态检测与故障诊断对保障设备稳定安全运转有着重要意义。目前在齿轮减速箱故障信号检测方面,大多使用加速度传感器这类接触式方法,这在一定程度上会影响故障检测有效性。本文成功将正弦相位调制激光干涉仪应用在小型行星齿轮减速箱的故障诊断之中,该方法属于非接触式检测方法,不仅不会对齿轮减速箱表面带来任何损伤,而且还具有精度高、响应快等优点。本文按照故障信号探测、信号解调、故障识别与分类三个步骤实现齿轮减速箱故障诊断,主要研究内容有:(1)分析齿轮传动系统的振动机理,建立齿轮振动动力学模型,然后分析故障振动对激光探测信号产生的调制现象,并阐述正弦相位调制激光干涉仪的工作原理。(2)针对传统PGC解调算法容易受到载波相位延迟和调制深度变化的影响而产生非线性误差问题,提出基于正交信号预归一化处理的改进PGC-DCM算法。采用改进PGC-DCM算法实现相位调制深度和载波相位延迟计算,然后对正交干涉信号分量进行预归一化,经过运算消去干涉条纹可见度系数,实现正交干涉信号分量完全归一化,再采用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位解调。通过数值仿真和实验测试验证改进PGC-DCM算法有效性。对200 Hz振动仿真解调结果总谐波失真为-114.23 d B,信号噪声及失真比为52.70 d B,仿真分析了系统动态范围,在200-3000 Hz频率范围内,动态范围可达[41.35 d B,76.88 d B]。(3)针对变分模态分解算法(VMD)中模态个数K和惩罚因子α值的选取不当造成过分解或欠分解问题,提出使用相关系数与能量评判指标来对这两个参数进行合理取值。通过与EMD、EEMD对构建仿真信号进行分解结果对比,验证VMD优越性。构建融合VMD和样本熵的GWO-SVM故障诊断数学模型,为齿轮减速箱故障诊断实验奠定基础。(4)搭建一套正弦相位调制激光干涉实验系统,对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调。实验结果表明,所提出的改进PGC-DCM解调算法能够准确探测固体表面微振动信息,在被测微振动频率500-3000 Hz范围内,干涉信号相位解调的平均信号噪声及失真比为33.0956 d B,动态范围优于22.75d B。利用所搭建正弦相位调制激光干涉系统对行星齿轮减速箱故障振动进行探测实验,采用所提出解调算法对行星齿轮减速箱故障振动信号进行解调,解调结果表明振动信号频谱特征与理论分析相符合,特征峰频率最大偏差为1 Hz;利用提出融合VMD和样本熵的GWO-SVM故障诊断数学模型进行故障识别与状态分类,正确率达到99.1667%,验证本文提出故障诊断模型的可行性。最后,本文通过C#与MATLAB混合编程设计齿轮减速箱故障诊断软件,实现诊断功能一体化。

关键词： 直齿锥齿轮   内凹刀盘   齿面数学模型   齿面接触分析  

摘要： 锥齿轮传动具有传动效率高、传动平稳性好、扭力大和使用寿命长的特点。而直齿锥齿轮由于在设计和制造上都要比弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮简单,因此被广泛应用于相交轴之间的动力传输。如今的锥齿轮制造技术经过长时间的发展已趋于成熟,在航空航天和国防军事等方面也有着不可替代的重要地位。直齿锥齿轮的加工方法主要有刨齿、铣齿和拉齿等。双刀盘铣齿加工是直齿锥齿轮生产过程中一种极为重要的方法,然而该方法只能在专用的机械式机床上加工,这种机床不仅难以调整,而且加工精度低。虽然Gleason公司在数控弧齿锥齿轮机床上实现了采用内凹刀盘加工直齿锥齿轮的方法,但是其核心技术对外严格保密。为了在国产数控弧齿锥齿轮机床上加工直齿锥齿轮,论文对使用内凹刀盘加工直齿锥齿轮的原理和加工方法进行了研究。论文的主要工作如下:1.建立了基于内凹刀盘加工直齿锥齿轮的几何参数设计计算方法,可根据齿轮副的基本参数计算得到轮齿以及齿槽的几何参数。基于内凹刀盘加工直齿锥齿轮的切齿加工原理,建立了加工直齿锥齿轮切齿加工机床调整参数和内凹刀盘基本参数的设计计算方法;2.基于内凹刀盘加工直齿锥齿轮的切齿加工原理以及加工过程中刀盘、产形轮和被加工齿轮三者间的运动关系和相对位置,推导出了直齿锥齿轮的齿面数学模型。将齿面进行了离散化处理,求出了齿面离散点的三维坐标和每一点的单位法矢,为基于齿轮测量中心测量齿形误差奠定了基础;3.根据内凹刀盘加工直齿锥齿轮的齿面数学模型,结合齿面接触分析的原理,建立了直齿锥齿轮齿面接触分析的数学模型,可分析得到齿轮副齿面啮合时的理论接触点、接触区和传动误差曲线,为确定合理的机床调整参数和内凹刀盘参数提供了理论依据;4.基于Matlab软件开发平台,开发了基于内凹刀盘加工直齿锥齿轮的几何参数计算、内凹刀盘基本参数计算、切齿加工机床调整参数计算、齿面离散点坐标及单位法矢计算、齿面接触分析的成套软件;5.基于以上研究成果,在国产数控弧齿锥齿轮铣齿机H350C上进行了切齿加工实验,对加工完成的直齿锥齿轮副在齿轮测量中心上进行了齿形误差测量,在滚动检查机上对齿轮副的接触区进行了检验。齿形误差检测得到的结果满足实际工程需求,滚检得到齿面接触区与齿面接触分析所得结果基本一致,验证了使用内凹刀盘加工直齿锥齿轮的基本几何参数、内凹刀盘参数、切齿加工机床调整参数、齿面数学模型、齿面离散点坐标参数计算和齿面接触分析方法的正确性。

关键词： 面齿轮   流场   接触轨迹   接触斑点   温度场  

摘要： 本文针对面齿轮功率分流传动构型,开展了两相流动特性影响因素分析、均载特性及其影响因素分析、接触轨迹和斑点影响因素分析和传热特性影响因素分析。主要研究内容如下: (1)基于齿面移动法构建了分流构型计算模型,采用动网格技术模拟齿轮的运动,并通过编写UDF程序定义齿轮运动的边界条件,分析了不同喷油管口径、喷油速度、齿轮转速和喷油管数量对齿轮润滑效果的影响。 (2)分析面齿轮分流构型的不均载机理,根据系统内功率流向进行齿轮受力分析,从而构建静力学分析模型;定义载荷分配系数,并进行了各个齿轮的支撑刚度、齿侧间隙和安装误差对载荷分配的影响分析,并通过正交实验法获得了有利于输入齿轮处载荷分配的一组参数。 (3)基于面齿轮传动啮合原理和坐标转化关系推导出面齿轮齿面方程和齿宽设计条件;研究了面齿轮传动的点接触原理,并且进行了接触轨迹的计算;推导了包含安装误差和承载变形的接触轨迹计算方程;基于赫兹接触理论和微分几何学,计算出面齿轮的接触斑点,获得了结构参数、安装误差和承载变形对接触特性的影响规律。 (4)基于接触轨迹和斑点的分析,进行接触区域的平均接触应力计算,推导齿面相对速度和摩擦系数,计算出齿面不同接触点的摩擦热源,并作为热边界条件进行热流耦合计算,研究分流构型中各个齿轮的温度分布,分析喷油速度和润滑油粘度对系统温度分布的影响。

关键词： 地铁车辆   齿轮传动系统   动态特性   疲劳寿命  

摘要： 随着我国城市轨道交通网的不断扩大，地铁列车等公共轨道交通方式已成为人们出行的首要选择。然而随着地铁列车运营里程、牵引制动次数以及早晚高峰时段列车运行载荷的增加，地铁列车在运营过程中轮轨接触状态发生改变，导致车轮踏面产生车轮扁疤等缺陷。当地铁列车在车轮扁疤损伤与轨道随机不平顺的影响下长期运行，容易造成运行过程中轮轨系统剧烈的垂向振动冲击。考虑到地铁列车的从动大齿轮过盈安装在地铁列车轮对上，所以当轮对受到剧烈冲击时必然会影响齿轮传动系统的平稳啮合，使传动齿轮更容易发生疲劳失效。本文将车轮扁疤损伤与轨道随机不平顺施加到地铁车辆-轨道耦合动力学模型中，对地铁车辆传动齿轮动态特性与疲劳寿命进行研究，主要研究内容如为以下三方面：　　(1) 根据车轮扁疤数学几何特性以及不同行驶速度下车轮扁疤对轨道的冲击形式，建立适用于地铁车辆车轮踏面的车轮扁疤损伤，随后基于车辆-轨道耦合动力学理论构建了考虑齿轮传动系统的地铁车辆-轨道耦合动力学模型并介绍了本文采用的动力学求解积分方法。借助地铁车辆非线性临界速度分析结果与文献数据对比来验证地铁车辆-轨道耦合动力学模型的可靠性。　　(2) 具体分析车轮扁疤伤损下地铁车辆齿轮传动系统中轮轨动态作用力、轴承动态特性以及传动齿轮动力学特性情况，然后根据齿轮传动系统动力学结果进一步选取车辆动力学评价指标中平稳性指标以及车辆运行安全性指标中的脱轨系数与轮重减载率来确定地铁车辆在车轮扁疤损伤下的动态特性，为下一章研究车轮扁疤影响下传动齿轮系统动态啮合力与服役寿命作铺垫。　　(3) 根据地铁车辆-轨道耦合动力学模型计算中传动齿轮对动态传递误差结果验证了所建齿轮传动系统动力学模型的可靠性，然后分别仿真求解并分析了无外部激励、仅轨道随机不平顺、仅车轮扁疤以及车轮扁疤与轨道随机不平顺共同作用下四种工况下对传动齿轮动态啮合力的影响。接着将四种工况下传动齿轮动态啮合力经计算后转换为传动齿轮接触疲劳应力-时间历程关系图，利用雨流计数法进行循环统计从而确定传动齿轮动态啮合力应力循环次数，最后根据Palmgren-Miner法则预测受到车轮扁疤影响下的传动齿轮疲劳寿命，为地铁列车传动齿轮动态疲劳寿命预估提供一定的理论指导。

关键词： 互联型调制环   磁齿轮   紧固杆   有限元分析  

摘要： 同轴磁齿轮是一种类齿轮结构,利用磁耦合力相吸相斥达到传动的目的,而非通过相互接触的传统机械齿。近年来,人们对开发用于需要高功率密度和低噪音水平的工业应用的磁力齿轮系统越来越关注。互联型调制环(BFM)作为同轴磁齿轮中的关键部件,主要功能是负责齿轮之间的扭矩传递,其设计对整体系统性能至关重要。这篇文章将综合考虑BFM设计中涉及的多种因素,由于永磁体的磁场、调制环的几何形状和材料特性之间的相互作用,同轴磁力齿轮系统中BFM的设计是一项复杂且具有挑战性的任务,关键设计参数包括连接桥厚度、调制块占比、永磁材料和充磁方向等。考虑到这些设计考虑因素对于开发高性能同轴磁力齿轮十分有意义,本文通过改变连接桥桥厚度、紧固杆半径和紧固杆数量等参数,分析了互联型调制环对同轴磁齿轮的性能影响,最后在综合参考多方面因素后,提出了适合齿轮设计的参数。