Dynamic simulation and vibration test of tooth breakage fault for metro gearbox

WANG Zhengbing; YANG Ya; LIN Jinghui; YUE Zihao

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.007

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Dynamic simulation and vibration test of tooth breakage fault for metro gearbox

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-07-10

- Dynamic simulation and vibration test of tooth breakage fault for metro gearbox
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 7, Pages: 56-64(2025)
- 作者机构：
  
  1.芜湖职业技术学院智能制造学院，芜湖 241006
  2.郑机所（郑州）传动科技有限公司，郑州 450001］
- 作者简介：
  
  WANG Zhengbing, E-mail: zbwang1111@163.com
- 基金信息：
  
  Anhui Universities Scientific Research Projects(2024AH052028;2024AH052010);Key Projects of Wuhu Institute of Technology Natural Science(wzyzrzd202410;wzyzrzd202408);University-level Innovation Team of Wuhu Institute of Technology(wzykytd202403);Talent Introduction Research Start-up Fund of Wuhu Institute of Technology(wzyrc202405)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.007
  CLC：
- Received：22 October 2024，
  
  Revised：20 November 2024，
  
  Published：15 July 2025
- 稿件说明：
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王征兵，杨亚，林静辉，等.地铁牵引齿轮箱断齿故障动力学仿真及振动试验［J］.机械强度，2025，47（7）：56-64.

WANG Zhengbing，YANG Ya，LIN Jinghui，et al.Dynamic simulation and vibration test of tooth breakage fault for metro gearbox［J］.Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：56-64.
王征兵，杨亚，林静辉，等.地铁牵引齿轮箱断齿故障动力学仿真及振动试验［J］.机械强度，2025，47（7）：56-64. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.007.

WANG Zhengbing，YANG Ya，LIN Jinghui，et al.Dynamic simulation and vibration test of tooth breakage fault for metro gearbox［J］.Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：56-64. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.007.

摘要

地铁牵引齿轮箱是车辆转矩传递的关键零部件，其一旦发生故障将直接影响列车的运行安全。因此，结合动力学仿真和振动试验，对地铁齿轮箱的断齿故障振动特性进行了研究。首先，根据地铁齿轮箱各部件间的动力学关联及其约束特征，通过冲击函数法、库仑摩擦模型、轴承建模、箱体柔性体和齿轮系统动力学理论，建立了地铁齿轮箱刚柔耦合断齿故障动力学模型，研究了不同断齿故障类型下齿轮箱的动态响应，分析了工况参数对断齿振动特性的影响。其次，通过振动试验，获得了齿轮箱正常和断齿故障状态下的动态响应，对动力学仿真模型的准确性进行了验证。结果表明，刚柔耦合动力学模型可有效计算齿轮箱不同运行状态的加速度响应，为齿轮箱的断齿故障预测和识别提供诊断依据。

Abstract

Metro gearbox is a key component for torque transmission in vehicles

and its failure will directly affect the safety of train operation. The vibration characteristics of tooth breakage faults in metro gearbox were studied by combining dynamic simulation and vibration test. Firstly

based on the dynamic relationships and constraint characteristics between various components of metro gearbox

a rigid-flexible coupling dynamic model of metro gearbox with tooth breakage faults was established through the impact function method

Coulomb friction model

bearing modeling

flexible body of the housing and gear system dynamics theory. The dynamic response of the gearbox under different types of tooth breakage faults was studied

and the influence of operating parameters on the vibration characteristics of tooth breakage was analyzed. Then

through vibration test

the dynamic response of metro gearbox under normal state and broken tooth fault was obtained

verifying the accuracy of the dynamic simulation model. The results indicate that the rigid-flexible coupling dynamic model can effectively calculate the acceleration response of gearbox in different operating states

provide diagnostic basis for the prediction and identification of tooth breakage faults in the gearbox.

关键词

Keywords

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