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分析

王秀慜， 赵国鹏， 宋佩利， 陈彦肖， 赵 方

（中车永济电机有限公司， 陕西 西安 710016）

引言

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ANSYS 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。

表1 载荷工况

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。

表2 静强度计算结果

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。