高速动车组齿轮箱是牵引电机与轮对之间动力传递的核心部件之一,对高速动车组的动力传输和安全运行具有十分重要的作用。地铁等动力分散车辆由于齿轮箱系统运行速度较低,很少出现服役性问题,对齿轮箱的研究也相对较少。随着动车组运行速度的不断提高、服役里程的持续增加及运行环境的日趋复杂,齿轮箱系统出现漏油、润滑油变黑、箱体内存在异物及箱体开裂等问题,严重威胁到高速动车组的安全运行。本文基于高速动车组齿轮箱箱体在实际服役中出现几例裂纹的背景下,开展高速动车组齿轮箱箱体的振动特性和疲劳失效研究,主要研究内容如下:(1)通过Matlab软件编写Uff程序,生成LMS Test.Lab软件能够识别的数据格式,对A、B型两种齿轮箱箱体线路服役试验数据,开展不同工况下的频谱特性研究,分析了两种箱体的振动特性与开裂原因。系统分析了线路类型、车速以及车轮踏面的磨耗等因素对齿轮箱箱体振动的影响规律,基于线路服役测试数据,考虑高速动车组运行于过分相区、上坡与下坡、过隧道、启动加速并减速停车及曲线轨道等线路工况,重点研究高速动车组运行速度变化对齿轮箱箱体垂向、横向加速度的影响趋势;在运行工况相近的情况下,对比分析新镟踏面和磨耗踏面对齿轮箱箱体振动特性的影响;对结构改进的B型齿轮箱箱体及轴箱开展振动时频特性研究,得到齿轮箱箱体动态响应主频的影响源成分,证明了磨耗踏面存在多边形,其形成的轨轮激扰频率接近齿轮箱箱体局部固有频率,由此产生局部共振问题。因此,建议加强对车轮多边形形成机理研究,提出延缓或抑制高阶车轮多边形的有效措施,尽可能降低高阶多边形激扰对齿轮箱箱体的振动影响。(2)基于小滚轮高频激励试验台,对齿轮箱箱体在不同垂向载荷及速度工况下的振动特性开展研究。B型齿轮箱箱体在20阶车轮多边形滚轮激扰下,发现B型齿轮箱箱体存在573Hz的局部共振现象,与线路试验中B型齿轮箱箱体存在580Hz左右局部共振相符,即在小滚轮高频激励试验台中再现了线路试验结果;结合试验所测得的动应变计算出动应力,通过雨流计数法及线性Miner损伤法则,研究了不同垂向载荷及速度等级工况下的齿轮箱箱体累积损伤。(3)基于高速动车组刚柔耦合系统动力学模型对齿轮箱箱体的振动特性开展研究。建立了考虑齿轮箱箱体及轮对为柔性体、轨下基础为弹性体,其它部件为刚性体的动车组刚柔耦合动力学模型,并验证了模型的可靠性;考虑不同运行速度、不同轨道,承受车轮不同多边形和轮径差的轨轮激励时,开展了齿轮箱箱体的振动加速度特性、振动传递特性及动应力响应特性的仿真研究。(4)基于仿真分析,台架试验和线路试验的研究结论,考虑齿轮箱箱体在线路上可能遇到的各种载荷工况,确定了齿轮箱箱体在仿真分析中的超常载荷、运营载荷、冲击载荷及随机振动载荷工况;参考相关标准,提出了高速动车组齿轮箱仿真更为合理的载荷和约束边界条件,并开展了结构改进的齿轮箱箱体疲劳失效评估。