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牵引电动机机座的动态特性分析和疲劳寿命评估

作　者: 张俊林
导　师: 兆文忠
学　校: 大连交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 牵引电动机机座有限元法动态特性疲劳寿命预测
分类号: U262.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

牵引电动机是机车转向架上的一个重要悬挂部件。随着我国铁路向高速重载的快速发展，牵引电机的工作可靠性面临着更高的要求。牵引电机在机车走行过程中不但受到电磁力矩、齿轮传动力等准静态载荷，同时还承受线路不平顺等因素造成的动态冲击载荷。这种随机载荷极易导致结构产生疲劳损伤，或引起过大的动态变形，影响电机的正常工作。因此，研究牵引电机在实际运用中的振动规律，对随机载荷引起的疲劳损伤进行评估具有工程意义。首先，本文建立了可用于静态和动态分析的有限元模型，在此基础上，对牵引电机进行有限元静强度分析，通过强度计算明确了电机机座的应力分布，进而找到了结构相对薄弱的部位。接着本文进行了电机运用中振动加速度和动应力的线路测试，通过测试得到了电机重要位置的加速度和动应力的时间历程数据，对测试数据进一步分析处理后，得出了电机运行中的振动规律，得到了加速度功率谱、动应力谱等后续计算数据。随后，使用电机与轮对和转向架接口处的加速度功率谱作为输入激励，基于ANSYS软件进行随机振动分析，得到电机运用过程中的应力、加速度响应。最后，基于测试动应力谱和工程上广泛应用的英国BS疲劳设计规范进行了疲劳寿命预测。本文采用试验测试与有限元仿真相结合的方法对牵引电机的静态特性、动态特性及疲劳强度进行了研究，明确了牵引电机在实际工作环境中的动态特性和疲劳强度，为电机设计中合理决策提供了依据，具有工程实践意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
绪论  7-10
  1.课题研究目的和意义  7
  2.国内外研究现状  7-8
  3.论文主要研究内容  8-10
第一章基本理论和方法  10-28
  1.1 有限元法概述  10-12
  1.2 结构动力学问题的有限元法  12-14
  1.3 随机过程的基本理论  14-19
    1.3.1 平稳过程和各态历经过程  14-15
    1.3.2 随机过程的统计参数  15-16
    1.3.3 相关函数  16-17
    1.3.4 功率谱密度函数  17-19
  1.4 信号测试与分析  19-24
    1.4.1 振动信号数据的采集  19-20
    1.4.2 振动信号的预处理  20-22
    1.4.3 振动信号数据的检验  22-23
    1.4.4 傅里叶变换  23-24
  1.5 焊接结构的疲劳问题  24-27
    1.5.1 疲劳的基本概念  24-25
    1.5.2 常用的抗疲劳设计方法  25
    1.5.3 焊接结构的疲劳问题  25-27
  本章小结  27-28
第二章牵引电机机座静强度分析  28-36
  2.1 电机结构简介  28-29
  2.2 有限元模型  29-31
  2.3 载荷和边界条件  31-32
    2.3.1 静载荷  31
    2.3.2 动载荷  31
    2.3.3 边界约束条件  31-32
  2.4 载荷工况  32
  2.5 强度计算结果  32-35
    2.5.1 刚度  32-33
    2.5.2 强度  33-34
    2.5.3 结论  34-35
  本章小结  35-36
第三章动应力和振动加速度的测试与分析  36-51
  3.1 试验概况  36
  3.2 动应力测试  36-43
    3.2.1 测点布置  36-38
    3.2.2 动应力数据处理  38-42
    3.2.3 动应力结果  42-43
  3.3 振动加速度测试  43-50
    3.3.1 测点布置  43
    3.3.2 测试数据处理  43-48
    3.3.3 数据结果初步分析  48-50
  本章小结  50-51
第四章牵引电机机座的动态特性分析  51-62
  4.1 随机振动分析的理论基础  51-55
  4.2 模态分析  55-56
  4.3 基于ANSYS的机座随机振动分析  56-61
    4.3.1 外部激励的功率谱密度  57
    4.3.2 计算结果及分析  57-61
  本章小结  61-62
第五章基于BS标准的机座疲劳寿命预测  62-67
  5.1 BS标准疲劳寿命预测原理和方法  62-64
  5.2 机座疲劳寿命预测  64-65
  5.3 结果分析  65-66
  本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

牵引电动机机座的动态特性分析和疲劳寿命评估

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