基于CRH-5型动车组牵引辅助变流器风机端盖异音故障的强度

摘要：为了解决风机在运行过程中出现的异音问题，基于CRH-5型动车组牵引辅助变流器风机传动端端盖的结构与受力情况进行异音故障分析，并应用ANSYS Workbench有限元分析软件进行强度分析验证,发现方案2端盖由于产生的应力与变形大，在长时间运行后出现变形、发生故障的概率较大。

关键词：风机;端盖;ANSYS Workbench;强度分析;

CRH5型动车组牵引辅助变流器中装配有两种方案的风机传动端端盖，装配方案1端盖的风机在线运行情况良好，装配方案2端盖的少部分风机在运行过程中出现异音问题，在线处理时更换为方案1的端盖后，异音消失。为查找故障原因，应用AN-SYS Workbench有限元分析软件进行端盖强度仿真分析验证[1]。

1 风机端盖结构与受力分析

1.1 结构分析

风机的传动端端盖结构三维图如图1所示，方案1端盖为铝ZL101A内嵌Q235A材质钢套，有较粗的加强筋，方案2端盖材料整体为铝ZL101A。根据材料机械性能与受力分析，判断方案2端盖的强度较弱[2]，风机运行时出现变形的概率较大，故障原因可能是方案2端盖在运行过程中产生了变形，造成轴承室与轴承之间发生摩擦、出现异音。

1.2 受力分析

风机部件质量和受力分布如图2所示，风机转子质量5.17 kg，叶轮质量11 kg，单边磁拉力146 N，方案1传动端端盖质量为2.41 kg，方案2传动端端盖质量为1.79 kg。根据风机部件位置示意图，可得到：

1)转子质量加载在传动端轴承上的质量G1=2.51kg;

2)叶轮质量加载在传动端轴承上的质量G2=13.88kg;

3)单边磁拉力加载在传动端轴承上的作用力N1=70.95 N。

仿真时依据标准GB/T 21563-2018 1类B级及现场试验设备加载的加速度，对我们关注的几个工况进行仿真分析，载荷工况见表1。

施加工况1的纵向载荷时，作用于传动端端盖的作用力等效为:(G1+G2)×0.553 3×g+N1=161.64 N;施加工况2的垂向载荷时，作用于传动端端盖的作用力等效为:(G1+G2)×0.790 3×g+N1=200.48 N;施加工况3的纵向载荷时，作用于传动端端盖的作用力等效为:(G1+G2)×5×g+N1=890.45 N。

2 仿真分析验证

2.1 模型处理

应用ANSYS Workbench有限元分析软件进行分析，基础模型从三维绘图软件Creo中导出后，在Space Claim中做细节处理。

2.2 等效处理

在Mechanical中，轴承室内使用轴承载荷分别施加三种工况下计算出的等效作用力，风机安装基座接触的支口施加固定约束。

2.3 静强度分析结果

在各载荷工况下，通过计算得出传动端端盖两种方案产生的最大应力、最大变形量(位移)结果如表2所示，应力图与位移图如表3所示。

3 结语

通过有限元仿真分析，对风机传动端端盖两种方案静强度仿真分析结果进行对比，发现在三种工况下，两种方案端盖自身强度都能满足要求，但方案2端盖产生的应力与变形都大于方案1端盖。得出结论：两种方案中，方案2的强度较弱，在长时间运行后出现变形、发生故障的概率确实较大。

参考文献

[1] 北京兆迪科技有限公司.ANSYS Workbench 19.0结构分析从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2019.

[2] 闻邦椿.机械设计手册(第1卷)[M].第6版.北京：机械工业出版社，2017.