摘要：当前，机械制造水平不断提升，各行各业中的机械化、智能化、数字化水平不断提升。机车机电产业蓬勃发展，但牵引电机小齿轮轴的制造和实际使用效果并不明显，其最主要就的原因就是轮轴的油槽处发生故障弯曲变形所致，这就对机车机电的整体运行效率和寿命产生了不可估量的影响。本文一次为主要切入点，采用有限元分析法，并模拟测验出小齿轮的寿命影响因素，旨在探索出小齿轮故障的有效预测机制。
关键词：机车电机；小齿轮轴；油槽结构；有限元分析
随着机械化水平的不断提高，人们对机车机电的使用寿命和时效性都提出了更高的要求，机车电机小齿轮是保证机车正常运行的关键零部件之一，同时也是目前机车制造和实际使用时经常出现故障的关键部位。经过确凿的相关试验数据表明，当齿轮发生断裂或者弯曲和变形时，总是先出现小齿轮的断裂，并且齿轮轴的油槽和轮轴的链接部位发生位置的偏移，最终导致小齿轮的失效。
一、我国机车发展现状概述
1.1机车发展阶段
从蒸汽时代以来，机车制造技术不断得到新的突破和发展。首先，从1956年到1968年，处于机车发展的开创时期，主要以引入国外先进技术为主，还没有形成完成的机车制造体系。经过十几年的不断努力，在1968年，相关专家根据国外的先进技术，并进行相应的优化改良，创造出了我国第一代机车。
第二，从1968年到1985年，在此期间，我国机车制造和发展进入了最困难的时期，大批的专家被划为右派或者下放到内存进行贫下中农再改造，直接造成了专家人才资源的浪费，同时也为机车人才的培养产生了直接影响，以至出现了人才的断层。第三个阶段是1985年至2013年，期间，我国经济高速发展，机械化水平快速提高，在制作中形成了完整的技术模式和产业模式，实现了我国第三代、四代机车，还顺利实现了交流传动和相交流传动机车
1.2机车电机发展趋势分析
当前，机械化水平不断提高，机械制造技术不断发展，而机械运行的核心就是机车电机，其是机车稳定运行的心脏。特别是火车机车中，其使用的交流供电体系，先传递到机车后才能转换为直接电流，最后输送至电机带动机车运动。但是人们对机车的运行寿命和承载量都逐渐加大，传统的机车电机已不能满足今日复杂的机车要求，而交流电机的使用大大缓解了这一矛盾。
在未来的十几年内，大功率电机、交流逆变技术将成为研究的主流方向。虽然在此领域我们取得了显著成效，但是和国外发达国家的机车电机制造水平还有不小的差距，为了更好更快的实现跨越式发展，在注重关键技术、核心技术的同时，增强电机内部结构的协调性，逐步实现电机结构的优化也将成为未来的发展趋势。
二、机车电机小齿轮轴油槽结构有限元分析
2.1 结构优化的概念
顾名思义，结构的优化主要是指电机内部各个组成关系的调整，目的是使电机运行更加稳定、高效和更长的寿命等。目前，电力机车有很多优点，其速度灵敏快捷，功率大、承载能力强等，这使得机车的使用范围不断扩大，大大的节省了人力劳动，节约了大量时间。然而，由于机车运行的连续时间较长，在机车电机中必然会带来很多零部件的磨损以及结构上的故障，这就在维修和养护上花费大量人力物力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
在结构上，电机轴和小齿轮的轴是链接的关系，倒圆和轴身的交点刚好处于电机轴和小齿轮之间，而小齿轮的失效主要是轮轴使用转速过快或者磨损严重所致。因此，增大倒圆曲率的半径会加大小齿轮轴的吃力范围、承压范围等。因此，机车电机的结构优化离不开小齿轮轴与油槽之间关系的调整与优化。
2.2 有限元分析法
前文已经指出，电机轴和小齿轮的轴是链接的关系，倒圆和轴身的交点刚好处于电机轴和小齿轮之间，二者的接触面受力关系十分复杂，接触面的接触状态和受力程度都具有很强的不确定性。这种关系很难用力学原理进行分析，在此背景下，有限元分析法应运而生。其具体方法主要是运用有限单元分析法，将一个整体分解为若干个互相连接的有限单元，在此基础上以场函数中的节点具体值为未知数，之后建立每个有限单元点上的有限元方程。其理论基础仍然是力学理论，通过各个小单元求出节点值，并利用插值函数的计算方式计算出具体的场函数，相当于求出最后的最相似的值从而实现将一个整体的复杂问题变为一个单元的有限自由度的问题。
三、机车电机小齿轮轴油槽结构的优化
3.1降低离心力对两轴的影响
在结构上，电机轴和小齿轮的轴是链接的关系，倒圆和轴身的交点刚好处于电机轴和小齿轮之间，而小齿轮的失效主要是轮轴使用转速过快或者磨损严重所致。因此，增大倒圆曲率的半径会加大小齿轮轴的吃力范围、承压范围等。因此，机车电机的结构优化离不开小齿轮轴与油槽之间关系的调整与优化。
电机转轴带动小齿轮的转动，在此过程中，由于受到应力的作用，离心力会得到相应的减小，这就减少了小齿轮与轮轴油槽的承载力，从减少了的小齿轮油槽变形、断裂的概率。并且，在告诉旋转时，当轮轴的速度小于松脱速度时，就可以将小齿轮和轮轴油槽的接触面化解为相对简单的非线性接触问题，从而实现对其具体承载力和稳定运行时间进行预算。
3.2降低表明粗糙度度两轴的影响
在电机运行中，由于各个部件之间的接触运转，其各个部分的表明都是由一定的粗糙度的，经过长时间的磨损后，表明粗糙度会越来越高。在此情形下，运转中的小齿轮和轮轴油槽极易发生微变形甚至断裂，这就给安全生产带来了很大的隐患。因此，在具体电机使用中，应充分重视人工保养和定期检测作业，经常在小齿轮和轮轴的接触面上涂抹植物油、定时的更换轮轴油槽中的润滑油，并及时清理油槽中杂质等。
四、结语
总之，机车电机小齿轮轴油槽结构是一个复杂的整体，其在保证机车的稳定有效运行中发挥了很大作用，同时其也是故障经常发生的重要部位之一。而通过降低小齿轮和油槽的表面粗糙度和降低离心率的方式予以结构上的优化，这就减少了小齿轮与轮轴油槽的承载力，从减少了的小齿轮油槽变形、断裂的概率。
参考文献：
[1]齿轮手册编委会.齿轮手册[M].北京:机械工业出版社, 2004 :7-71.
[2]宫靖远.风电场工程技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2004 :130 .
[3]张国瑞.行星传动技术[M].上海:上海交通大学出版社, 1989 :144 .
作者简介：张勇（1989-03-22），男，汉族，河南安阳市，硕士研究生，研究方向：机械传动结构有限元分析
论文作者:张勇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/7
标签：机车论文; 电机论文; 轮轴论文; 小齿轮论文; 油槽论文; 结构论文; 在此论文; 《电力设备》2017年第23期论文;