一种转动平动转换模块装置的制作方法

本发明属于轨道交通设备技术领域，尤其是涉及一种转动平动转换模块装置。

背景技术：

模块化设计是指在车辆设计过程中，对整车结构进行分解.形成若干个各自独立而又相互联系的模块。模块的形式多种多样，可大可小。可以将车辆的整车划分为几个大的模块，也可以只是将单独一个大件进行模块化设计，还可以是车辆的某些附属设备。

传统轨道交通车辆分为钢轮钢轨车辆和滑轨车辆，两种不同的车辆要求不同但是还是拥有很多相通的结构技术，例如轨道交通车辆的基本结构组成相同，基本组成部分主要有：车体、转向架、牵引传动装置、牵引缓冲链接装置、车辆电器和制动系统等，轨道交通车辆的模块化成为了可能。实际上，模块化设计及制造概念在城市轨道交通车辆及新型干线轨道交通车辆上已经有所实施。模块化设计可以缩短产品研发时间，节约人力物力，提高竞争优势。但到目前为止，模块化设计及制造在轨道交通制造领域基本还是处于接口层次模块化。根据实际情况判断是否需要进行模块化设计。

中国专利CN201407323Y公开了一种平动——转动转换机构,属于机械类。它主要由箱体、滑块、齿条组合、特形齿轮、传动齿轮、锥齿轮、辅助齿轮、过渡齿轮、中间齿轮、转换器、连接器和轴及相应的输入输出接口组成。运动原理:滑块、齿条组合的运动方向一致,齿条组合的运动方向与特形齿轮接触点的运动方向一致,形成最大的推力，但是该专利结构相对复杂，因此降低了可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车辆总体结构不变的基础上，实现钢轮钢轨车辆和滑块车辆的模块互换的转动平动转换模块装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种转动平动转换模块装置，包括：

相互连接的前箱体及后箱体组合而成的齿轮传动箱体，

位于前箱体内，套设在高速轴上的高速齿轮组，

位于后箱体内，套设在低速轴上的低速齿轮组，

连接高速齿轮组及低速齿轮组的轴承。

所述的高速齿轮组为圆柱齿轮组，由相互啮合连接的高速级大齿轮及高速级小齿轮构成，所述的高速级大齿轮套设在高速轴上。

所述的高速齿轮组为简支式支承方式。

所述的高速级大齿轮的齿面硬度为230～250HBS，接触疲劳强度为550MPa，弯曲疲劳强度为380MPa，压力角为20°，传动比为2，齿数为89，

所述的高速级小齿轮的齿面硬度为230～250HBS，模数为1，齿数为44。

所述的低速齿轮组为锥齿轮组，由正交啮合连接的低速级大齿轮及低速级小齿轮构成，所述的低速级大齿轮套设在低速轴上。

所述的低速级大齿轮采用简支式支承方式。

所述的低速级大齿轮的齿面硬度为230～250HBS，接触疲劳强度为550MPa，弯曲疲劳强度为380MPa，压力角为20°，传动比为2，齿数为38，

所述的低速级小齿轮的齿面硬度为230～250HBS，齿数为19。

所述的高速轴按转矩初步估算轴径，输出轴上的传动的功率P₂＝271W、转速n₂＝500r/min、和转矩T₂＝5176N·mm轴的材料为：45号钢调质，硬度217-255HB。σ_b＝650MPa，σ_s＝360MPa，E＝2.15×10⁵MPa。弯曲疲劳极限σ_-1＝270MPa，扭转疲劳极限τ_-1＝155MPa，初步确定轴的最小直径

考虑到键槽的影响和轴承的选配，轴的最小轴径为14mm。轴承处轴径为17mm。

所述的低速轴输出轴上的传动的功率P₂＝285W、转速n₂＝250r/min、和转矩T₂＝N·mm。轴的材料为：45号钢调质，硬度217-255HB。弯曲疲劳极限σ_-1＝270MPa，扭转疲劳极限τ_-1＝155MPa。初步计算轴径，材料为45号钢，取A＝115：考虑到轴的长度较大，以及轴承选配，轴承安装处的轴径为17mm。轴的最小轴径为14mm。

所述的轴承为圆锥滚子轴承，型号为30203。

所述的齿轮传动箱体采用低碳钢(Q235)焊成，按照刚度设计，由外墙、内支撑墙、轴承座、凸台和法兰等构建组成，功能是支撑和包容各种传动机构，起到密封、防尘、隔热、隔声以及储油润滑各种零部件和保护人体安全。

所述的低速轴伸出的机箱外部分接齿轮，使齿轮与齿条啮合实现平动。

齿轮传动箱体和电动机共用底座，并通过类似法兰式的连接方式连接在一起。两者吊装在车体上。

与现有技术相比，本发明为转动—转动—平动的模块，输入是转动，输出是转动，输出的转动再通过齿条耦合的方式实现转动到平动的转换，具有以下优点：

(1)高速传动采用圆柱齿轮的形式，低速级采用锥齿轮传动，保证本模块的外部接口一致，以适应于不同的传动方式。

(2)根据齿轮传动机构的设计和空间尺寸，高速齿轮组的支承方式为简支式支承方式，轴的受力锥齿轮的支撑结构参数与轴承配置确定轴的具体尺寸，圆锥滚子轴承背靠背布置，以增大轴承支反力作用点的距离，轴承采用轴套装入机壳。

(3)根据低速轴的受力，低速级大齿轮采用简支式支承方式，支撑刚性较好，轴承采用面对面布置的圆锥滚子轴承，以减小轴承支反力作用点的距离，增加轴的刚度，轴承间的距离应该足够大，以供给调整齿轮用的空间。

(4)箱体通过轴和轴承传递给轴承座和箱体壁，要保证轴和轴承的相对位置在运转时的精确度，保证齿轮啮合正常，箱体设计通常按照刚度设计。

(5)本发明将模块化钢轮钢轨车辆的减速箱，轮对拆下装配上滑块和我们所设计的转换装置即可实现钢轮钢轨车辆到滑块车辆的模块互换。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的右视结构示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图。

图中，1-前箱体、2-高速级小齿轮、3-高速级大齿轮、4-轴端挡圈、5-高速轴、6-后箱体、7-圆锥滚子轴承、8-箱体端板、9-低速级小齿轮、10-低速级大齿轮、11-圆锥滚子轴承、12-低速轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种转动平动转换模块装置，其结构如图1-3所示，包括相互连接的前箱体1及后箱体6组合而成的齿轮传动箱体，位于前箱体1内，套设在高速轴5上的高速齿轮组，位于后箱体6内，套设在低速轴12上的低速齿轮组，以及连接高速齿轮组及低速齿轮组的圆锥滚子轴承7。高速齿轮组及低速齿轮组均采用45号钢调质制作得到。

高速齿轮组采用的是圆柱齿轮组，由相互啮合连接的高速级大齿轮3及高速级小齿轮2构成，在高速级大齿轮3的端部还设有轴端挡圈4。高速齿轮组的支承方式为简支式支承方式，其中高速级大齿轮的齿面硬度为230～250HBS，本实施例中齿面硬度为240HBS，接触疲劳强度为550MPa，弯曲疲劳强度为380MPa，压力角为20°，传动比为2，齿数为89，高速级小齿轮2的齿面硬度为230～250HBS，本实施例中齿面硬度为240HBS，模数为1，齿数为44。

低速齿轮组为锥齿轮组，由相互啮合连接的低速级大齿轮10及低速级小齿轮9构成。低速级大齿轮10采用简支式支承方式。低速级大齿轮10的齿面硬度为230～250HBS，本实施例中齿面硬度为240HBS，接触疲劳强度为550MPa，弯曲疲劳强度为380MPa，压力角为20°，传动比为2，齿数为38，低速级小齿轮10的齿面硬度为230～250HBS，本实施例中齿面硬度为240HBS，齿数为19。

高速轴5按转矩初步估算轴径，输出轴上的传动的功率P₂＝271W、转速n₂＝500r/min、和转矩T₂＝5176N·mm轴的材料为：45号钢调质，硬度217-255HB。σ_b＝650MPa，σ_s＝360MPa，E＝2.15×10⁵MPa。弯曲疲劳极限σ_-1＝270MPa，扭转疲劳极限τ_-1＝155MPa，初步确定轴的最小直径

考虑到键槽的影响和轴承的选配，轴的最小轴径为14mm。轴承处轴径为17mm。

低速轴12输出轴上的传动的功率P₂＝285W、转速n₂＝250r/min、和转矩T₂＝N·mm。轴的材料为：45号钢调质，硬度217-255HB。弯曲疲劳极限σ_-1＝270MPa，扭转疲劳极限τ_-1＝155MPa。初步计算轴径，材料为45号钢，取A＝115：考虑到轴的长度较大，以及轴承选配，轴承安装处的轴径为17mm。轴的最小轴径为14mm。

高速级大齿轮3通过型号为30203的圆锥滚子轴承7与低速级小齿轮9连接，低速级大齿轮10还通过圆锥滚子轴承11与低速轴12连接。

齿轮传动箱体采用低碳钢(Q235)焊成，按照刚度设计，由外墙、内支撑墙、轴承座、凸台和法兰等构建组成，功能是支撑和包容各种传动机构，起到密封、防尘、隔热、隔声以及储油润滑各种零部件和保护人体安全，端面设有箱体端板8。齿轮传动箱体和电动机共用底座，并通过类似法兰式的连接方式连接在一起。两者吊装在车体上。

常见的轨道车辆驱动方式为轮组转动驱动，然而滑轨车辆作为一种特殊的轨道交通车辆亦有着广泛的用途。目前两种车辆的车体具有差异性，需以高额的费用进行定制化生产以满足客户不同的个性化需求。本模块化的意义在于在保持产品较高通用性的同时提供产品的多样化配置，模块化的产品是解决定制化生产和批量化生产这对矛盾的一条出路。在车辆总体结构不变的基础上，即使用批量生产的同一车体，加载不同的行走装置模块，进而实现轮轨车辆与滑轨车辆的模块相互转换。