第五章牵引驱动及缓冲连接装置.

第5章牵引驱动装置思考题：1）轮对空心轴驱动装置中的六连杆机构具有哪些方向的变位能力？2）鼓形齿式联轴器与金属挠性板联轴器产生变位的基本工作原理有何不同？它们的变位能力受什么限制？1.2.第5章牵引驱动装置的安装形式一．作用将牵引电动机的扭矩有效地转化为转向架轮对转矩，利用轮轨的粘着机理，驱使车辆沿着钢轨运行。(通过驱动装置将驱动力传递给轮对产生牵引力）二．结构形式通常有轴悬式、架悬式和体悬式之分。而在城轨车辆上通常采用如下形式：轴悬式驱动电机空心轴架悬式驱动牵引电动机横向布置牵引电动机纵向布置轮对空心轴架悬式驱动挠性浮动齿式联轴节式架悬式驱动单电机弹性轴悬式驱动单电机架悬式驱动(全弹性驱动)对角配置的万向轴驱动(架悬式)3.牵引电动机体悬式驱动（略）其中：现代轻轨车辆和地铁车辆转向架大多采用挠性浮动齿式联轴节式架悬式驱动机构；而旧的轻轨车辆转向架常常采用纵向布置的单电机架悬式驱动机构。轴悬式：电机一端支在车轴上，另一端尾部吊挂在转向架构架上，电机与轮对无联轴器，直接进行力矩传递。此方式一系簧下重量大，只适用于低速。架悬式：电机全部悬挂在构架上，电机重量属于簧上部分。牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h以下的高速动车组。体悬式：电机全部或大部分悬挂在车体上，电机重量属于二系以上。牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h以上的高速动车组。轴悬式电机一端支在车轴上，另一端尾部吊挂在转向架构架上，电机与轮对无联轴器，直接进行力矩传递。此方式一系簧下重量大，只适用于低速。轴悬式架悬式电机全部悬挂在构架上，电机重量属于簧上部分。牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h以下的高速动车组。体悬式：电机全部或大部分悬挂在车体上，电机重量属于二系以上。牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h以上的高速动车组。体悬式：以半体悬悬挂方式吊挂在车体和转向架构架，通过轮对空心轴六连杆弹性传动机构、单边刚性直齿轮驱动车轮。1.①三．牵引电机横向布置——轴悬式驱动机构(刚性、弹性）刚性轴悬式驱动机构结构原理图（见下图）构架弹性吊挂大齿轮轮对抱轴承刚性轴悬式驱动机构工作原理图小齿轮牵引电机弹性吊挂构架车轴齿轮箱30横向安装的牵引电机的抱轴承③②特点结构简单，检修方便；簧下死重量大——电机和驱动齿轮箱的重量之半属簧下死重量，轮轨间的动作用力很大（且速度越高，轮轨动作用力越大）；牵引电机、轴承和牵引齿轮等工作条件恶劣；由于其驱动扭转弹性很差，往往造成集电器过载甚至损坏。适用于：运用速度较低的轻轨车辆（有轨电车），120km/h以下312.弹性轴悬式驱动机构（160km/h以下）①结构与刚性轴悬式驱动机构相比，只是在车轴和电动机六连杆机构弹性橡胶关节牵引电动机弹性吊挂抱轴承间加了一根空心轴，而该空心轴两端通过弹性元件（六连杆机构及橡胶关节）与左右车轮相抱轴承空心车轴构架连。而大齿轮与空心轴固结在一起。②特点弹性轴悬式驱动机构原理图车轴齿轮箱小齿轮大齿轮与刚性轴悬式驱动机构基本相同，只是轮轨动作用力经弹性元件缓冲后再传给齿轮和电动机，但结构比较复杂。32由于空心轴弹性联轴器偏心转动，易带来附加垂向动载荷，对于高速运行存在弊病。弹性联轴器（橡胶柱销套六连杆结构）①四．牵引电机横向布置——架悬式驱动装置1.挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置结构原理图（见下图）牵引电机悬吊牵引电动机横向布置——挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置结构原理图33挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置结构示意图驱动轮对牵引电动机构架齿轮箱吊挂牵引齿轮箱WN联轴节牵引电机悬挂34挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置结构图连接构架齿轮箱安全索连接构架弹性吊杆安全凸缘联轴节电动机速度牵引电动机（安装在构架）传感器35深圳地铁一号线长客车辆转向架驱动装置36深圳地铁一号线株机车辆转向架驱动装置37驱动装置中的联轴器所起的基本作用为：1）同心轴间力矩传递；2）适应轴间的径向、轴向及偏角三向变位；3）提供驱动轴系必要的弹性，以降低传动噪声；4）为驱动装置总成的装配带来便利。可实现电机输出轴相对于（小）齿轮输入轴间的相互跳动和转动，且运动很灵活，运动阻力很小，同时能平顺传递电机驱动扭矩。在运动过程中，两个外筒就像“树叶一样”漂浮在半联轴节的齿顶上——这就是“浮动”一词的来历。同时电机输出轴和齿轮输入轴间除传递扭矩之外也没有任何约束，再加上中间隔板两边设有弹簧或橡胶，属于“挠性”连接。其运动范围为：结构：由半联轴节（外齿轴套）、外筒（内齿套筒）和中间隔板等组成。半联轴节的外齿和外筒的内齿始终相互啮合,传递驱动扭矩。运动：径向跳动量最大值约12mm；轴向跳动量最大值约10mm。38挠性浮动齿式联轴节12WN39联轴节的具体结构pinion半联轴节（外齿轴套）Sleeve外筒（内齿套筒）中间隔板②运动分析40具体结构剖视图齿形剖面——鼓形齿41③特点•簧下死重量小（电机重量全部悬挂于构架横梁上成为簧上重量，但牵引齿轮和齿轮箱之重量的一半仍然属于簧下死重量），减小了轮轨间的动作用力；•同时大大改善了牵引电动机的工作条件；•但牵引齿轮的工作条件并未得到改善；•且与刚性轴悬式驱动装置相比，结构稍复杂，但与其它架悬式结构相比，结构要简单得多。42鼓形齿联轴器特点：鼓形齿联轴器的外齿轴套可在内齿外套内轴向浮动，在电机轴伸和小齿轮轴伸间留有间隙，以适应电机和车轴间相对的横向变位。因采用的是鼓形齿，外齿轴套可在内齿外套内转动偏角，故电机轴线和车轴轴线间的相对偏角变位可得到补偿。2轴间的径向变位补偿，也是通过内外齿套间的转动偏角来实现。齿形剖面——鼓形齿鼓形齿联轴器缺点：刚性大，无弹性，不能减振、缓冲；齿面存在摩擦和磨损，寿命有限；传动噪声大；需要加注润滑油，增加了污染的环节；传动周向间隙(齿间)较大，易产生脉动冲击；、频繁换向的适应性差。齿轮啮合的缺点。补充：TD挠性板式联轴节架悬式驱动机构工作原理和工作特点与挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动机构基本相同，只是由TD挠性板结构代替半联轴节（外齿）和外筒（内齿）结构来传递扭矩，同时补偿电机输出轴相对于（小）齿轮输入轴间的相互跳动和转动。固定侧连接器中间偶连器固定侧连接器43优点：1.没有磨损；2.无需润滑（免维护）。TD——TwinDisk挠性弹簧板TD挠性板式联轴节结构44TD挠性联轴器TD挠性联轴器属于金属挠性板联轴器，目前在国内主要用在北京地铁复八线车辆上。它主要通过金属弹性膜片来实现减振和角向、轴向、径向变位补偿。TD挠性联轴器的核心部件是金属挠性板。它采用若干数量的方形框金属膜片叠合方式构成。在螺栓连接部位增加2片短直角形膜片，以增强局部强度。TD挠性联轴器特点：优点：无需润滑，减振好，噪声低，免维护。缺点：TD挠性联轴器工作时金属膜片受力比较复杂。驱动力矩使膜片产生拉压应力，三向变位补偿产生弯曲应力和高频循环疲劳应力。膜片材料的力学性能要求非同一般，需采用抗高频循环疲劳、耐锈蚀、高弹性的特殊金属薄片材料。目前国内难以生产TD挠性联轴器，主要受到特殊金属薄片材料关键技术的限制。根据分析结果和相关资料，金属膜片要求的抗拉强度应达到1200MPa，同时其疲劳强度应在500～60OMPa，目前国内材料和热处理工艺难以实现。2.轮对空心轴架悬式驱动机构①结构弹性橡胶关节牵引电动机短吊挂牵引电动机的两端均通过长、短吊挂与转向架构架横梁或端梁六连杆机构相连，并在车轴上加内空心轴外空心轴上了一根空心轴，其长吊挂构架一端通过弹性元件滚动轴承（六连杆机构和橡胶关节）与车轮连接，轮对空心轴架悬式驱动机构原理图DF11和SS9准高速机车均采用轮对空心轴架悬式驱动机构车轴齿轮箱小齿轮大齿轮另一端同样通过弹性元件与驱动大齿轮连接。而外空心轴和齿轮箱与牵引电动机连成一体，全部吊挂在构架上称为簧上重量。②驱动力矩的传递过程由牵引电动机产生的驱动力矩经输出轴→小齿轮→大齿轮→传动销→左侧弹性元件和六连杆机构→内空心轴→右侧弹性元件和六连杆机构→传动销→右侧车轮→车轴→左侧车轮。③特点a)簧下死重量小（电动机悬挂在构架上，牵引电机、牵引齿轮和齿轮箱等全部重量均为簧上重量，可最大限度地减轻簧下死重量），减小了轮轨动作用力；b)改善了牵引电动机及牵引齿轮的工作条件；c)具有足够的径向扭转刚度，可避免驱动装置牵引时的粘—滑振动；d)该系统的轴向、纵向和垂向刚度很小，能很好满足轮对相对于系统的各向运动；e)机车起动时，电动机能先于轮对转过一微小角度，改善了牵引电机启动换向条件。但是，f)结构较复杂，维修困难；g)连杆结构所产生的离心力会使车轮载荷不稳定。463.电机空心轴架悬式驱动机构①结构牵引电动机的两端均通弹性吊挂齿形联轴器弹性扭轴牵引电动机弹性吊挂过弹性吊挂与转向架构架横梁相连，但在电机内部将转子铁芯挖空，并通过齿形联轴器将扭滚动轴承电机空心轴架悬式驱动机构原理图构架弹性联轴节弹性吊挂小齿轮车轴齿轮箱大齿轮矩传给弹性扭轴，再通过弹性联轴节与驱动小齿轮连接。但车轴齿轮箱一端仍然通过抱轴承与车轴相连，另一端通过弹性吊挂与构架相连（与轴悬式类似）。47②特点a)簧下死重量较小（电动机悬挂在构架上，全部重量均为簧上重量。但齿轮箱的重量之一半仍然悬挂在轴上，属簧下死重量），减小了轮轨动作用力；b)改善了牵引电动机的工作条件，但牵引齿轮的工作条件与轴悬式相同并未有所改善；c)但，弹性扭轴的柔性很大，使得整个驱动机构的弹性太软，容易使轮对在驱动过程中产生粘—滑振动（致命弱点，SS5机车就因为采用该驱动机构而产生严重的粘—滑振动）；d)且，结构较复杂，维修困难。481.2.轴悬式驱动电机空心轴架悬式驱动牵引电动机横向布置牵引电动机纵向布置轮对空心轴架悬式驱动挠性浮动齿式联轴节式架悬式驱动单电机弹性轴悬式驱动单电机架悬式驱动(全弹性驱动)对角配置的万向轴驱动(架悬式)3.为什么采用单电机纵向布置呢？因为：①转向架轴距短（一般轻轨车辆转向架轴距在1900～2100mm间），主要为了适应轻轨车辆通过很小的曲线半径要求；②直流牵引电动机体积大若采用两台横向布置的直流牵引电动机分别驱动两根动轴，则受轴距限制的转向架中可利用的空间有限，还要在车轴上布置制动盘，因此牵引电动机的功率只能限于50～60kW，显然不能满足一般轻轨车辆单轴电动机功率为100kW左右的要求。52五．牵引电机纵向布置——单电机架悬式驱动机构1.结构原理图（见右图）牵引电动机与齿轮减速箱连成一体完全弹性地悬挂在转向架构架的横梁上，电机驱动轴经减速齿轮（锥齿轮）悬挂在构架上橡胶弹性关节驱动空心轴，再经橡胶连杆机构（即联轴器）将扭矩传递给轮对。492.特点①可较大地缩短轴距；②两轮对由同一电机驱动——成组驱动，可有效避免轮对空转打滑；③可最大限度地减轻簧下死重量（电机和齿轮箱等全部为簧上重量），能明显改善电机及齿轮的工作条件；④但，两轮对的直径差对运行阻力和轮轨磨耗影响较大（因为转向架内的两个轮对被机械联结在一起，转动角速度相同），因此必须严格控制各车轮的轮径差。50六．对角配置的万向轴架悬式驱动机构1.结构原理（见图）齿轮箱弹性吊挂53万向轴连接器2.特点①两牵引电动机对角全悬挂于转向架构架的横梁上，可减小轮轨间的动作用力；②通过万向轴传递牵引电动机与齿轮传动装置间的扭矩；③齿轮箱一端弹性悬挂于构架的端梁，另一端抱在轮对车轴上（与刚性轴悬式驱动装置相同）。54七．牵引电动机体悬式驱动机构1.结构原理（见图）有多种结构形式，此仅为其中一种。552.特点①牵引电动机完全放置于（悬挂于）车体之上，可进一步减轻转向架质量（即所谓簧间质量，特别是能够减轻转向架的回转转动惯量），提高转向架高速运行时的平稳性和稳定性；②通过万向轴传递牵引电动机与齿轮传动装置（轮对）间的扭矩；③齿轮箱一端弹性悬挂于构架的侧梁，另一端抱在轮对车轴上（与刚性轴悬式驱动装置相似）。56第四节城轨车辆车钩缓冲装置§1车钩缓冲装置的用途、组成及分类§2城轨车辆车钩缓冲装置的几种典型