臺灣博碩士論文加值系統

本研究針對台鐵自強號列車齒輪箱龜裂問題與橡膠襯套元件減振問題
做探討，因台鐵自強號列車長期龜裂，所以透過實驗與模擬來做比較，便可知道問題所在進而提出改善方法。而振動問題已普遍發生於自強號列車，透過實驗找出振源所在，並加以改善；在此針對橡膠襯套元件做勁度測試，進而加強勁度讓橡膠不易產生共振，達到更好的防振效果。
因齒輪箱龜裂問題長期發生，因此本研究利用有限元素軟體對齒輪箱
做模態分析求出齒輪箱的模態，並利用模態分析軟體，以實際量測出結構物的自然頻率，再相互比對確定所建立的模型之正確性。再對齒輪箱做頻率響應函數，以求出易龜裂處之頻率響應函數，因此也反推出當列車在行進時對齒輪箱所造成的衝擊力，便可知齒輪箱在長期衝擊下之力量大小。而針對車體之振動，本研究列車運行時之振動量測實驗並尋找振源所在。研究發現振動為橡膠襯套所引起並非轉向架所造成，因此對橡膠襯套做勁度實驗與模擬分析，並進一步的改善橡膠的勁度，以提高共振頻率。經過齒輪箱一系列的實驗，可知當列車在運行時取消電軔能讓齒輪箱所受到的最大應變與最大剪應變為最小，並發現當列車運行時採用此方法所造成的傷害為最小，並能讓龜裂問題明確改善。襯套部分將改善與未改善的做試車比較，發現在更換過加強勁度中心盤孔橡膠襯套以及牽引桿橡膠襯套的列車，其車體振動問題可以得到良好的改善。
關鍵詞：齒輪箱、有限元素分析、模態分析、頻率響應分析、靜剛度、橡膠襯套

The research is to discuss the chap problem and the vibration reduction problem of the rubber bush elements of its bogie. Because of the chronically
chap problem, we explore the problem through comparing the experiments with the simulations. This vibrating problem is common in Tze Chiang class, the vibrating source has to be located and make improvement on it. The stiffness of the rubber elements is tested to enhance the stiffness and to avoid resonance,and then reduce vibration . Since the chap problem of the gear box occurred chronically, the gear box
was analyzed with finite element software, and tests were carried out to determine the natural frequency and mode shape of the structure and check with FEM prediction. Then the frequency response function of the gear box was both determined both experimentally and analytically, then the amplitude of the forces under chronic impact can be obtained approximately through their ratios As for car body vibration, this research measured the vibration amplitude
and tried to locate the vibrating source. It is revealed that vibration is caused by the rubber bushing, Therefore the stiffness of the rubber bush is tested by experiments and improvement was made and the resonance frequency was be
raised.
After a series of experiments, it reveals that canceling the electromagnetic brake can reduce the shearing strain that the gear box sustains to the least and reduce the chap problem. Comparing the improved bushing with the original one, and it shows that if the train is installed with center pin hole and traction bar rubber bush, the vibrating problem is significantly improved.
Keyword ： Gearbox, Finite element analysis, Modal analysis, Frequency response analysis, Rubber bushing, Static stiffness

目 錄
第一章序 序論
1.1 研究動機與目的
1.2 研究方法與流程
1.3 文獻回顧
1.4 軟體簡介
1.5 論文架構
第二章 應用軟體與理論簡介
2.1 模態分析法
2.1.1 模態分析之理論
2.2 頻率響應分析之理論
2.3 應變規轉換計算理論
2.4 橡膠之彈性理論
第三章 齒輪箱模態分析與實驗
3.1 模態分析實驗
3.1.1 齒輪箱模態量測實驗
3.1.2 實驗儀器與實驗說明
3.1.3 實驗結果
3.2 齒輪箱FEM 分析
3.2.1 齒輪箱有限元素模型之建立
3.2.2 齒輪箱模態分析
3.3 模態分析與實驗比對
第四章 齒輪箱與馬達連接FEM 模擬分析與實驗
4.1 實驗儀器簡介
4.2 應變規安裝
4.2.1 應變規介紹
4.2.2 應變規之黏貼位置
4.3 應變規黏貼後之空轉測試
4.3.1 空轉測試方法及實驗
4.4 正線測試
4.4.1 應變規的分佈點
4.4.2 正線測試實驗
4.5 齒輪箱與馬達連接FEM 分析
4.5.1 齒輪箱與馬達連接有限元素模型之建立
4.5.2 齒輪箱與馬達連接之模態分析
4.6 齒輪箱與馬達之頻率響應分析
4.6.1 齒輪箱龜裂處之頻率響應分析
4.6.2 馬達上吊耳之頻率響應分析
4.6.3 馬達下吊耳之頻率響應分析
4.7 齒輪箱之衝擊力評估
4.8 結果討論第五章 橡膠襯套FEM 模擬分析與實驗85
5.1 改善前實驗目的與流程說明
5.1.1 改善前正線測試
5.1.2 改善前車廂撞擊測試
5.2 轉向架FEM 分析
5.2.1 自強號車廂車體結構
5.2.2 轉向架有限元素分析
5.2.3 振源套討
5.2.4 提出改善方案
5.3 牽引桿橡膠襯套實驗
5.3.1 實驗目的及流程說明
5.3.2 靜剛度測試
5.3.3 動剛度測試
5.3.4 扭轉測試
5.3.5 偏角測試
5.3.6 破壞測試
5.3.7 疲勞測試
5.4 牽引桿橡膠襯套之有限元素分析
5.5 中心銷橡膠襯套實驗
5.5.1 靜岡度測試
5.5.2 動剛度測試
5.5.3 破壞測試
5.5.4 疲勞測試
5.6 中心銷橡膠襯套之FEM 分析
5.7 改善後實驗說明
5.7.1 改善後正線測試
5.7.2 改善後車廂撞擊測試
5.8 小結
第六章 結論與未來研究方向
6.1 結論
6.1.1 齒輪箱部份
6.1.2 橡膠襯套部分
6.2 未來研究方向
參考文獻

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