【摘 要】
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跨座式单轨交通因其具有占地面积小、适应地形能力强、建设周期短等优点,广泛应用于山地海滨城市。牵引齿轮系统作为跨座式单轨关键部件,是由牵引电机、齿轮传动系统、轮轴等构成的复杂机电耦合系统,失效演变机理有别于单一部件,存在机电耦合效应。牵引驱动系统动力学特征直接关乎整车的安全性能,而山地连续小曲线半径弯道、复杂多变的运行工况、齿轮系统制造安装误差及支撑系统受载变形等因素综合作用将不可避免地导致轮轴偏斜
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跨座式单轨交通因其具有占地面积小、适应地形能力强、建设周期短等优点,广泛应用于山地海滨城市。牵引齿轮系统作为跨座式单轨关键部件,是由牵引电机、齿轮传动系统、轮轴等构成的复杂机电耦合系统,失效演变机理有别于单一部件,存在机电耦合效应。牵引驱动系统动力学特征直接关乎整车的安全性能,而山地连续小曲线半径弯道、复杂多变的运行工况、齿轮系统制造安装误差及支撑系统受载变形等因素综合作用将不可避免地导致轮轴偏斜故障,致使轮齿偏载接触,加速齿轮失效,诱发安全事故,造成严重的经济损失及恶劣的社会影响。因此,开展故障工况下牵引齿轮系统机电耦合动力学特征研究对单轨安全可靠运行具有重要的理论意义和工程实用价值。本文以跨座式单轨牵引齿轮系统为研究对象,针对单轨轮轴偏斜故障,以齿轮内部激励为出发点,建立单轨齿轮传动系统多自由度弯-扭-轴耦合动力学模型,而后将电机数学模型与动力学模型耦合,建立牵引电机-齿轮机电耦合模型,阐明电机齿轮系统机电耦合效应,主要研究内容如下:（1）计算斜齿轮副时变接触线长度,并基于切片法将斜齿轮划分为一系列非耦合直齿轮切片;基于势能法得到每时刻下各直齿轮切片的啮合刚度来求解斜齿轮的时变啮合刚度;而后利用控制变量法阐明斜齿轮设计参数对时变啮合刚度的影响规律。（2）建立含中心距误差、啮合平面误差、垂直于啮合平面误差的平行轴齿轮轴线误差模型,提出一种轮轴偏斜下斜齿轮时变啮合刚度计算方法,为后续轮轴偏斜故障状态下齿轮动力学振动特性研究提供激励数据参数。（3）综合考虑轴承支撑刚度与阻尼、各齿轮副啮合刚度与阻尼、轴的扭转刚度与阻尼等参数,建立跨座式单轨二级齿轮传动系统13自由度弯-扭-轴耦合集中质量动力学模型;基于四阶变步长Runge-Kutta法得到正常及轮轴偏斜下单轨齿轮系统动态振动特征。（4）基于坐标变换建立d-q坐标系下单轨牵引电机动态数学模型;以电磁转矩为中间变量,将单轨齿轮系统与牵引电机耦合,建立牵引电机-齿轮系统机电耦合模型,阐明电机齿轮系统机电耦合效应。
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