传动系统是机车的核心部件,其功能是负责将牵引电机输出的动力传递至轮对,对于保障机车的动力传输及正常运行具有重要作用。但是,复杂的工作环境以及频繁变动的运行工况使得服役机车传动系统零部件的故障或磨损问题日益突出,给机车性能的发挥和运营的安全带来了隐患。而传统的车辆系统动力学在研究机车振动问题时,对传动系统内部零部件的非线性激励因素未加以充分的关注,传动系统内部零部件的故障或磨损问题未能得到很好解决。因此,亟需更加深入地研究机车传动系统零部件的振动特性,以保证传动系统及机车的安全服役。现服役机车通常采用齿轮传动。所以,机车齿轮传动系统在服役时不仅需要承受内部齿轮啮合非线性激励和支承轴承非线性激励等作用,同时,作为机车系统的一部分,齿轮传动系统的振动也将与其相连接的机车其他零部件的振动相互作用、相互影响。鉴于此,本论文从机车齿轮传动系统的非线性振动特性、齿轮传动系统非线性振动影响的机车动力学行为两个方面入手,以开展机车齿轮传动系统非线性动力学特性问题的研究。主要研究内容如下:(1)基于参变系统振动稳定性的分析方法,开展机车齿轮传动系统的参数振动稳定性研究。首先,基于势能原理的齿轮啮合刚度解析计算方法,计算获得了某型机车齿轮副啮合的时变刚度,并描述了齿轮副啮合的误差、间隙和齿面摩擦激励。然后,采用多尺度解析方法分别计算获得了两自由度扭振、多自由度扭振及耦合型振动三种分析模型下机车齿轮传动系统参数振动稳定的条件表达式,并开展数值仿真验证,进而揭示上述三种分析模型下系统参数振动稳定性的特征及差异。(2)基于齿轮啮合激励和轮轨接触激励的非线性特点,开展机车齿轮传动系统的非线性振动响应研究。首先,采用多尺度解析方法推导出了机车齿轮传动系统主共振和谐波共振时的频率响应方程,仿真分析了齿轮传动系统共振时的幅频响应、时域及频域特性。然后,在轮轨接触分别处于黏滑区和滑动区下,研究了齿轮啮合参数和轮轨接触参数对系统振幅的影响规律。(3)基于机车齿轮传动系统的结构特点,建立包含齿轮传动系统内部齿轮-转子-电机轴承部件在内的机车动力学分析模型。首先,分析了考虑齿轮传动系统内部齿轮-转子-电机轴承部件时的附加作用力,对机车系统各运动部件进行了受力分析和计算。然后,推导出了机车系统各部件振动的数学模型,基于MATLAB软件平台编制了相应的机车动力学仿真分析程序。(4)基于机车的牵引和制动特性,开展齿轮啮合非线性激励影响的机车振动研究。首先,针对牵引/制动工况条件,对比分析了考虑齿轮啮合激励和仅考虑齿轮传动比两种分析模型下机车振动特性在时域和频域的差异,并利用小波分析方法揭示了两种分析模型下机车零部件振动的时频域特征。然后,针对牵引工况,分析了不同齿轮副安装位置下齿轮啮合激励影响的机车振动特性。(5)基于轴承部件的非线性激励特点,在考虑齿轮啮合非线性激励的基础上,进一步考虑电机轴承激励的作用,研究了电机轴承与齿轮啮合非线性激励耦合作用影响的机车振动特性。