专利名称：：新型机车牵引传动装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种新型机车牵引传动装置。
背景技术：
：铁路机车动车的牵引传动装置是将牵引电动机所产生的旋转力矩传递给轮对的一种机械装置，在传统机车的驱动装置中采用齿轮传递将高速、小扭矩的牵引电动机驱动阻力矩较大的机车动轴，是一种减速装置。对这种装置最基本的要求是当机车在不平顺的线路上运行或是通过道岔时，在簧下部分的轮对和簧上部分的构架之间将产生各个方向的相对运动。这时要求在这种位移的变化下，牵引传动装置还能稳定地将电机扭矩传递给机车动轮。随着机(动)车的速度提高，对牵引传动装置的所应具动力学特性也越来越高，各种结构牵引传动装置相应问世，其形式均与机车的用途和运行速度密切相关。通常按牵引电机的悬挂方式将之分为轴承式，架承式和体承式三大类。第一类是轴承式牵引电机传动装置，包括刚性轴承式牵引电机传动装置和弹性轴承式牵引电机传动装置刚性轴承式驱动装置的牵引电动机一侧通过抱轴承，抱合在车轴上，另一侧与构架弹性连接。就垂向性能而言，大齿轮的全部重量及牵引电动机约一半重量为簧下重量，就横向性能而言，整个驱动装置都是簧下重量。图1是轴承式驱动装置的简化模型，我国各型的内燃和电力机车广泛采用这种悬挂方式。我国东风系列一轴承式转向架牵引传动装置结构，如图2所示；从图中可以清晰看到轴承式牵引悬挂装置的特点，牵引电动机与外壳(包括抱轴箱)的重量，由电机悬挂装置和抱轴承共同承担，电机悬挂装置处堆垒的橡胶并具有可扭转的弹性特点。完全的刚性连接，如图3所示抱轴箱与车轴之间通过滚动轴承刚性连接，在垂向方向上，抱轴箱的运动完全跟随着车轴，悬挂装置也随之发生弹性形变或扭转；在横向与纵向方向上，电机的运动方式也完全取决于车轴与转向架构架之间的相对运动，由抱轴箱通过电机的外壳直接传递给电机；牵引电机内部的轴承再将冲击由定子部分传递给电机的电枢轴，其间通过了抱轴箱内和电机内的两次刚性的轴承连接，如图3所示。通过上述对于刚性轴悬式牵引传动装置机构的分析，以及在机车运行实践中的证明，其存在以下问题1、簧下质量大，对线路上部建筑有较高的动力作用；2、对轮对传递扭矩不均匀，这会导致车轮轮箍磨损加剧、钢轨产生波纹形磨损、机车粘着的性能可能大大下降；3、抱轴瓦(或是图3中的抱轴承)吸收了轮对通过道岔、钢轨接头和其他不平顺线路时产生的所有冲击和碰撞，使轮对与转向架构架之间的位移可达30-40mm，那么牵引电机在此条件下的振动加速度高达25g，这无论是对抱轴承还是电机内的滚动轴承都是巨大的破坏。随着铁路机车运行速度的提高，这种刚性轴悬式的驱动机构更加难以满足运行要求，因此这种驱动结构一般适用于120km/h以下的机车。在轴承式的基础上，为了减小抱轴承和牵引电机所受到的冲击力，弹性轴悬式牵引电机传动装置的结构相应而产生。弹性轴承式传动装置的特点是牵引电机的一侧通过空心轴和弹性元件弹性的支撑在两个车轮上，但其弹性小于弹簧，可减轻了部分死重，削弱了线路对牵引电动机的作用力，使电机在机车运行中受到的工作情况得到了改善。一双边传动的弹性轴支撑式传动装置，如图4所示，其与图1中刚性轴支撑式的结构相对比，最大的特点在于其采用了空心轴结构，将之套在车轴之外，空心轴通过弹性连接器与轮毂相联。其中的弹性装置在上世纪，以德国Siemens采用扇形橡胶块作为弹性元件的结构设计最为成功，如图5所示，其中的扇形橡胶快，共6块，具有一定的弹性形变能力，其通过内铁件与外铁件连接着空心轴与轮毂，电机与转向架构架相连接的弹性悬挂装置基本与刚性轴承式悬挂结构部分相同。通过结构的分析可以得到结论，在轮毂受到线路冲击而与转向架构架之间发生运动的过程中，扇形的橡胶块受力变形，既吸收了轮毂与构架间的相对位移，也缓解传递到轴承和电机上的冲击。德国上世纪50年代曾批量生产了EIO、E40、E50等系列的采用弹性轴悬式牵引电机传动装置的电力机车。同时通过大量的试验证明，该种形式的的传动装置其机车运行速度应控制在160km/h以下。但这种结构的缺点也在橡胶块上，因为其变形而存在内摩擦力，进而产生热量，橡胶块的工作温度一般不得超过85摄氏度，随在实际运fi^工作中并未达到这个温度上限，但在选用橡胶时也必须慎重从事。第二类是牵引电动机架承式传动装置机构，它广泛应用于世界高速机车和动车上，也应用于重型货运机车，其主要特点是将牵引电机固定在转向架构架上，而牵引电动机属于簧上质量部分。牵引电动机与轮对之间需用能适应各项相对运动的弹性联轴器作为中间连接装置并传递扭矩。联轴器在结构上可采用弹性元件(弹簧或橡胶块)，也可采用具有橡胶金属衬套的连杆关节机构。对比轴承式牵引电机传动装置，其具备了以下的优点1、减小了簧下质量，具有良好的运动学特性，减少了对线路及行走部的动力要求。2、减小机构在振动和曲线运动时所引起的动载荷及附加应力。3、在运动过程中，对轮重的增减变化相对减小。以上的这些特点促使架支撑式传动方案在高速机车运行方面具有很大的发展空间，根据联轴器的结构和布置方式的不同，世界各国虽然研制出多种多样的结构形式，但归纳起來基本上可分为电机空心轴驱动机构和轮对空心轴驱动机构两大类。电机空心轴牵引传动装置的特点是牵引电动机悬挂在转向架构架上，而牵引齿轮箱支撑在车轴上，弹性联轴器布置在空心的电枢轴和小齿轮之间。电枢轴做成空心，以适应电机与轮对间各个方向的位移，有扭轴与电枢空心轴间的间隙来补偿，如图6所示。其中电机的转矩传递到车轴上的过程为，空心轴一弹性连轴器(左)一电机内轴(扭轴)一弹性连轴器(右)一小齿轮一大齿轮一车轴一轮毂。在机车运行过程中，来自线路的冲击由上述过程中的两个弹性连轴器与电机内轴的变形与扭转全部吸收。其中最典型的模式为瑞士通用公司的ASEA传动装置机构，如图7所示。电机空心轴架悬式结构具有布置紧凑、尺寸小、重量轻、工作可靠等优点，其缺点为大齿轮占据了轮对间的轴向空间，且簧下质量较大，特别是齿轮箱也是承载部件，比较重。轮对空心轴牵引传动装置结构的特点是大齿轮由滚动轴承支撑在空心轴套上，而空心轴套紧固在电动机机体上，在空心轴套内贯穿-根空心轴，而车轴至于空心轴中。空心轴的一端通过连接盘、弹性元件与大齿轮相连，另一端也通过连接盘、弹性元件与轮对相连。这种驱动机构的形式，称为两级弹性或双空心轴的架悬式驱动机构，如图8所示，牵引电机的转矩首先由小齿轮输出一大齿轮一弹性装置——空心轴——弹性装置——轮对。可见，从动齿轮(大齿轮)通过轴承安装在空心的齿轮座上，加上传递扭矩的内空心轴即所谓的双空心轴结构。我国的全悬挂机车多釆用这种结构，如东风9型客运机车的转向架传动装置，如图9所示，这种结构一般采用3点式，如图9b所示，其具有小幅度的弹性支撑，将牵引电机、齿轮等元件安装在转向架构架上，连接方式基本上为刚性连接，即轮对与构架间的冲击位移基本上全部由两侧弹性装置，与空心轴吸收。轮对空心轴结构最大的优点在于簧下质量轻，轮对于电机之间得到了两级弹性隔离，具有较好的力学性能，如图9所示。这种传动方式中的关键之处在于两级弹性连轴器选用，六小连杆机构为当前采用的最多的方式，一级小连杆将齿轮侧扭矩传递给空心轴，二级小连杆机构传递给轮对，如图11所示。图10中可以看出这种双空心轴结构十分复杂，特别是应用六连杆机构，如图11所示，当轮对受到冲击，六个小连杆发生扭转，导致车轴，空心轴，以及大齿轮座三者均不同心，那么车轴中心相对于大齿轮座(外侧空心轴)中心将产生一个圆形旋转轨迹。其旋转的频率高于轮对旋转频率，这种现象使传动元件产生了很大的不平衡力，即离心力。这个离心力同机车运行速度成平方关系增长，导致轮轨间垂直载荷发生较大的变化，恶化了弹性装置的工作条件。同时，它的水平分力还形成了一个促使转向架绕纵向中心线发生摇摆振动的力矩。第三类是体承式牵引电机传动装置，其牵引电动机安装在车体底架上，弹性元件多用万向轴代替，牵引电机和传动装置属于二系簧上重量，从动齿轮(大齿轮)直接压制在车轴上为簧下质量，如图12所示，其多用于高速动力车，根据电机电枢轴的方向与传递齿轮副的不同可分为直齿传动和伞齿传动两种形式，分别如图12a和图12b所示。在这两种传动结构中，万向连轴器在传动中起到了关键性作用，牵引电机与车体的连接基本上是刚性连接，而从轮对到牵引电机之间经过了两系弹簧的变形，其相对运动比架承式牵引装置更加剧烈，而万向连轴器则需吸收全部的相对位移，并良好的将电机扭矩传递齿轮。这种结构一般适用于高速动车组，早在上世纪70年代英国的APT-P电动车组就采用了空间万向架一柔性浮动套结构，如图13所示，牵引电机沿列车纵向中心安装在车体内。每台牵引电机驱动一根车轴，牵引电机的转矩由电机的电枢轴，齿轮箱，万向轴，装于转向架构架上的终端齿轮箱和浮动套。浮动套有柔性，允许转向架相对于轮对作35mm的位移。万向轴是设置在车体和转向架之间的传动元件，随着后两者之间的相对位移，它变成空间万向连接机件。这种结构减轻的簧下质量，有利于动车组的高速运行。还有一种体承式的机构是上世纪80年代法国的TGV牵引传动装置，如图14所示。近年来，相关学者还提出一种介于体承式和架承式之间的半体承式驱动装置，将牵引电机一侧吊在构架上，另一侧挂在车体上，驱动装置的2/3属于二系簧上重量，即所谓的半体支撑式牵引电机传动方案。德国在ICE高速动力车上采用这种结构。无论是全体承式还是半体承式，电机的重量均需由两系弹簧共同承担，这种结构无疑增加了电机与车轴之间的相对位移，万向轴、锥齿轮等的应用使传动系统更加复杂化。并且可以看到，无论是哪一种结构中，传动齿轮在以上各种电机牵引方案的传动系统中都占据着重要的位置，电动机通过齿轮变速装置减速并将驱动力传给轮轴，齿轮变速装置仅是维护对象，而且由于齿轮的啮合与摩擦，成为噪音和动力传递损耗的发生源。齿轮的制造和装配过程也较为复杂，并且在轴承式悬挂方案中还大大的增加了簧下质量。经过对目前机车牵引电机传动装置的分析，人们提出新型机(动)车电机直接驱动方案，以简化电机与车轴之间的传动结构，并取消齿轮传动，最大限度减轻簧下质量。机(动)车直接驱动牵引系统研究已在德、日、瑞士等发达国家先后开展，其关键技术主要有就机(动)车直接驱动牵引系统而自-，由于取消了传动齿轮，那么电机的悬挂方式也将发生变化，目前的牵引电机悬挂方式多采用直接抱轴式和架悬挂方式，且目前这两种方式的电机悬挂方案在国际上己有先例。一是将电机直接压装于机车动轴之上，FI本于1998年研制的DDM电机直接驱动车轴的牵引系统，如图15所示；日本NEXT250窄轨快速车辆直接驱动独立轮对结构，如图16所示。由于这两种方式中电机的全部质量均为簧下质量，因此此类驱动方式对电机所能承受的冲击性能以及铁路的路况有极高的要求。另一种直接传动采用电枢空心轴驱动结构，目前德国的AGE公司、IGE公司等先后推出了电枢空心轴直接传动系统的结构方案，如图17所示。这种电枢空心轴的直接驱动是建立在新型永磁牵引电机研制的基础之上的，其显著的优点为(1)大大的减轻了一系簧下的质量，利于机车高速化发展；(2)减弱了机车运行中对轴承的冲击，有力于保护牵引电机，延长其使用寿命；(3)能适应一些较为复杂的路况。上述提到的各种牵引传动装置，若单从缓解轴承受到的冲击，吸收轮对与转向架之间的相对运动来看，主要可分为两种形式，一种是刚性轴支撑牵引传动机构，如图1所示；而另一种则是轮对空心轴牵引传动机构，如图8所示。刚性轴承式悬挂装置结构中，抱轴箱通过轴承与车轴刚性连接，抱轴箱也与电机外壳刚性连接，在静态条件下，牵引电机的质量由关节结构和车轴共同承担，如图18所示；可以看出，当车轴受到线路作用而与转向架之间发生相对位移时，冲击直接传递到电机外壳，牵引电机以关节为圆心进行小幅度的旋转，使电机产生相对运动，根据轴箱弹簧的变形，决定电机中心的偏移距离H。牵引电机架承式传动方案，如图19所示，牵引电机通过刚性装置与转向架之间连接，在静态的条件下，其重量完全由转向架构架承担，因为是刚性的连接，其无法与转向架构架之间产生相对位移，这部分相对位移完全由弹性装置吸收(两次六小连杆，一次空心轴)，牵引电机与构架之间并不产生相对的运动。这两种传动方案中电机所受到的冲击完全不同，通过表1可以清楚看到在速度和路况基本相同的情况下，轮对空心轴结构产生的冲击可小于刚性抱轴式一个数量级，而且其所允许的运行速度也大为提高。表l各型机车轴箱和牵引电机的振动加速度m/s2(*刚性抱轴悬挂；"轮对空心轴架承式悬挂)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>从表1中可以看到架承式对于机车运行性能与电机保护方面具有极大的优越性，在同样的速度前提下，架承式牵引电机所受的震动冲击力与刚性抱轴式相比整整小了一个数量级，因此高速铁路的发展应主要以架承式为主体。架承式结构复杂且运行时产生高速离心力，而刚性轴承式却具有结构简单，无离心力等优点，但其冲击较大，机车运行的速度受限。传统设计理念中空心轴与车轴之间的间隙大小由轮对相对位移、机车弹簧悬挂装置的挠度和组装误差等因素决定。釆用架支撑方式一般取车轴与空心套的偏心距离为30-45mm，也就是说机车运行时车轴与空心套的偏心了距离为30-45mm，这种方案虽然减弱了运行中对电机轴承的冲击，但同时产生的很大的离心力，影响了电机扭矩的传递性能。弹性连轴器结构不同于关节结构，若使其在垂向方向吸收35mm的位移变形难度较大，此时连轴器的设计尺寸也很大，并且在这种大的冲击一般发生在线路情况不好，或机车低速运行的情况下，此时可以借鉴弹性轴承式牵引传动装置的特点，使牵引电机随着车轴位置的变化而与转向架构架之间产生相对位移。另一方面，机车动轴由电机驱动，可以是双边传动，也可以是单边传动。目前我国现有的架悬式机车转向架多采用双空心轴单侧传动，即利用六小连杆机构将电机转矩传递于车轮。单边传动中电机轴承所受到的冲击载荷不均匀，尽管轴向空间大于双边传动，可将电机体积设计稍大些，有利于增加电机的功率，但空心轴所受的扭矩与变形均为双边传动的两倍，且要求加大电枢空心轴的壁厚。
发明内容鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明考虑我国现有的线路情况，旨在提出新型机车电机直接驱动方案，在满足不同路况要求的前提下，以简化电机与车轴之间的传动结构，并取消齿轮传动，最大限度减轻簧下质量。本发明的技术解决方案是这样实现的一种新型机车牵引传动装置，包括转向架构架、牵引电机、轮对、机车动轴和牵引电机空心轴，牵引电机位于轮对、转向架构架的中梁与端梁之间，其特征在于还包括弹性联轴器、弹性电机悬挂装置和对称安装于牵引电机空心轴两端内壁上的弹性元件；所述弹性联轴器安装于牵引电机空心轴与机车动轴之间，电机转子压合在所述空心轴上，通过其两侧的弹性联轴器与机车动轴相联，驱动机车动轴旋转；所述弹性电机悬挂装置包括三组连接杆和与之对应铰接的座；其中两组连接杆一端通过其相应的座分别与构架的中梁及端梁相连接，其另一端分别螺栓固定于电机外壳上；另一组连接杆一端销连接于电机外壳上并沿机车动轴的切线方向将该连接杆的另一端通过其相应的座连接于中梁的下部；上述连接位置均设有压縮弹性橡胶垫片；所述弹性联轴器、弹性电机悬挂装置和牵引电机空心轴两端内壁上的弹性元件的刚度不同，并且依次增大。所述的弹性联轴器为弹簧膜片式弹性联轴器；由单个的弹簧片首尾相联组成一个封闭的多边形构成一层，每个弹簧片的两端通过螺栓分别固定于空心轴的内壁和机车动轴的外壁上；所述的弹性联轴器包括两层以上的上述封闭的多边形结构，层间错开一定角度并沿圆周均匀分布。与现有技术相比，本发明的技术效果是很突出的它吸收了轴承式与架承式的优点，在线路路况良好的情况下，机车高速运行，此刻线路对轮对的垂向冲击位移较小，但震动频率较大，则本装置工作方式与架承式轮对空心轴的结构相同。而当线路路况较差，机车必须减速运行，轮对受到的垂向冲击位移剧烈，但震动频率较低，则本装置的工作方式与轴承式牵引传动结构相同。由于取消了齿轮传动，本设计方案的传动系统的各零件加工组装都相对简化，因此可采用双边驱动的工作方式。弹簧膜片式弹性联轴器的转矩传递方案进而克服了小连杆机构固有的缺点。图l是刚性轴承式牵引电机传动装置简图；其中，图l(a)为双边齿轮传动结构；图l(b)为单边齿轮传动结构；图2是东风系列轴承式牵引驱动装置；其中，图2(a)为俯视图2(b)为主视图；图3是抱轴箱与车轴之间通过滚动轴承刚性接；图4是双边传动的弹性轴支撑式传动装置的示意图；图5是采用扇形橡胶块的弹性装置结构示意图6是电机空心轴牵引传动装置结构简图7是瑞士通用公司ASEA传动装置机构；图8是轮对空心轴牵引传动装置简图9东风9型客运机车的转向架传动装置；其中，图9(a)为俯视图9(b)为主视图；图10是轮对空心轴牵引传动装置立体图；图11是轮对空心轴牵引六连杆机构；图12是体承式牵引电机传动装置；其中，图12(a)是直齿传动结构简图12(b)是伞齿传动结构简图13是英国APT-P牵引传动装置；图14是法屈TGV牵引传动装置；图15是DDM电机直接驱动车轴的牵引系统；图16是NEXT250窄轨快速车辆直接驱动独立轮对结构；图17是电枢空心轴驱动结构简图18是刚性轴承式悬挂装置示意图；图19是牵引电机架承式传动示意图20是本发明实施例的新型牵引电机传动装置示意图；图21是图20的装置简图22是本发明实施例中单个的弹簧片的结构示意图23是本发明实施例中电机与转向架之间的连接结构示意图24是本发明实施例的结构示意图25是图24的装置简图；图26是图25中的A向视图；图27是图26中的B-B剖视图；图28是图26中的C-C剖视图；图29是图25中的D-D剖视图；图30是图28中的E向视图。图中，1、弹性联轴器2、电机悬挂装置3、电机空心轴两端内壁上的弹性元件3'(a)、轴箱3'(b)、轴箱弹簧4、转向架构架4(a)、中梁4(b)、端梁5、机车动轴6、轴承7、牵引电机7(a)、牵引电机定子铁心7(b)、空心轴7(c)、牵引电机转子铁心10、轮对。具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步的具体说明如图20所示，它兼具轴承式和架承式的优点，在线路路况良好的情况下，机车高速运行，此时线路对于轮对的垂向冲击较小，但震动频率较大，宜采用架承式牵引传动方案；而当线路路况较差，机车必须减速运行，轮对受到的垂向冲击剧烈，但震动频率较低，则在此情形下，宜釆用轴承式牵引传动方案。要实现上述方案，如图21所示的新型机车牵引传动装置，包括转向架构架4、轴承6、牵引电机7(包括电机定子7(a)，空心轴7(b)，电机转子7(c))、轮对10、机车动轴5，牵引电机7位于轮对10、转向架构架4的中梁4a与端梁4b之间，如图27所示，其特征在于还包括弹性联轴器l(简称弹性装置1)、弹性电机悬挂装置2(简称弹性装置2)和对称安装于牵引电机空心轴7(b)两端内壁上的弹性元件3(简称弹性装置3);所述弹性装置1安装于牵引电机空心轴7(b)与机车动轴5之间，如图21和29所示，电机转子7(c)压合在所述空心轴7(b)上，通过其两侧的弹性装置1与机车动轴5相联，驱动机车动轴5旋转；所述的弹性装置1为弹簧膜片式弹性联轴器，由单个的弹簧片构成，所述单个弹簧片为波纹形结构，如图22所示，增加了其变形弹性，减小了应力集中，有利于适应机车运行状况和向高速化发展的要求，同时弹簧片批量生产，成本较低，更换和维护方便；所述单个弹簧片首尾相联组成一个封闭的正方形结构构成一层，每个弹簧片的两端通过螺栓分别固定于空心轴7(b)的内壁和机车动轴5的外壁上，保证了牵引电机空心轴7(b)与机车动轴5之间允许有一定的位移空间；弹簧膜片式弹性联轴器包括两层所述TH方形结构，层间错开45°，两层之间有高弹性橡胶充实，如图27所示；所述的弹簧膜片式弹性联轴器工作时，一片弹簧片受拉，相邻的一片则受压，这种弹簧片结构的特点为扭转刚度大，承载力高，轴向回复力小，不受油和温度的影响，既无摩擦也无需润滑，而且具有尺寸小，重量轻，使用寿命长，易于更换等一系列的优点，其所能承受的瞬时冲击载荷为正常工作时的8倍。。所述弹性电机悬挂装置2，即弹性装置2，包括三组连接杆和与之对应铰接的座，如图24、25所示；其中两组连接杆a,b—端通过其相应的座分别与构架的中梁4a及端梁4b相连接，允许电机在竖直、水平方向小范围的扭动或平行移动，为保证电机安装的稳定连接杆2采用成对使用的方式；它们的另一端分别螺栓固定于电机外壳上，如图26、28所示；另一组连接杆c一端销连接于电机外壳上并沿机车动轴的切线方向将该连接杆的另一端通过其相应的座铰接于中梁4a的下部，连接杆c限制了限定了电机竖直方向的移动轨迹，保护电机，如图28、30所示；上述连接位置均设有压縮弹性橡胶垫片。弹性装置3为弹性强度极高的橡胶环，其刚度接近金属，压和在空心套内壁上；所述弹性装置l、弹性装置2和弹性装置3的刚度不同，并且依次增大。弹性装置l，其最基本的功能为连轴器功能，如图21所示电机将转矩传递给空心轴8，而后同过弹性装置1传递给机车动轴5。机车在正常运行时，根据路况等条件的不同，3个弹性装置在不同条件下变形，从而机车牵引悬挂方式也根据不同的情况而改变在机车启动过程中，车速由慢至快，开始由于加速度的原因，轮对与转向架与之间的冲击较大，那么仅凭弹性装置1，吸收轮对与电机之间位移势必不够了，弹性装置1形变至所能达到的极限状态，此刻其不再变形而是弹性装置2开始形变，，带动电机与转向架之间相对运动，震动较大。当机车平稳运行，路况良好，震动较小的情况下，弹性元件l变形，由它来吸收变形位移。在机车动轴5受到垂向冲击较小时，弹性元件l首先产生形变，而由于弹性元件2的刚性大于l，所以元件2未发生变形，而刚度最大的弹性元件3并未受力所以也不产生变形。也就是说在这种条件下牵引电动机与转向架4之间并没有发生相对运动，轮对10受到的冲击位移，完全由机车动轴5和牵引电机7之间的弹性元件1的形变而吸收。此时该装置与架承式的轮对空心轴结构相同，机车动轴5与牵引电机空心轴7(b)之间所产生的位移偏差较小，相对离心力也较小，此种情况适用于线路较平稳，机车运行速度高的情况。当机车平稳运行，路况较差，震动较大的情况下，超出弹性元件1的变形极限，弹性装置2变形，由它来吸收变形位移。当机车动轴5所受到的垂向冲击较大时，车轮10与转向架4之间的相对运动也随之加大，弹性元件1的变形无法完全吸收全部的相对位移，其变形量过大，牵引电机的空心轴7(b)与机车动轴5之间的弹性元件3受到了冲击力，但弹性元件3的刚度大于弹性元件2，所以弹性元件2优先于弹性元件3开始变形，电机7则跟随机车动轴5—起与转向架4之间产生了相对运动，此时该装置与轴承式悬挂装置工作状态相同，此种情况适用于路况较差，或机车做转弯等低速运行的情况。当路况比较差，震动很大的情况下，弹性元件l与弹性元件2均达到变形极限，弹性装置3变形，由它来吸收变形位移。此时机车应减速运行，工作特点与弹性轴承式牵引电机传动装置相同。在机车制动过程中，则与启动过程相反。可见，新型电机传动装置将轴承式与架承式的优点融为一体，而弥补了其缺点。本设计方案中对冲击位移的吸收分为两个部分，联轴器和悬挂装置各吸收一部分；首先讨论电机悬挂装置的设计方案。，电机悬挂装置的设计首先从架悬式入手，从静态性能考虑，对轮对10的垂向没有作用力，且能做一定的角位移，其弹性装置在一定预压縮量的前提下完全承担电机的静态质量。在运动中可使电机在受到冲击的情况下与转向架4发生位移；在本方案中，将牵引电机7完全装置于转向架构架4上，在机车运行时通过机车动轴5与空心轴7(b)之间联轴器l的作用，将轨道的冲击转移至电机的悬挂装置2上，也就是说牵引电机7可随轮对10对冲击作各个方向的运动，因此必须设计出相应的运动关节来保证牵引电机7与转向架构架4之间的相对位移。位移的大小取决于一系弹簧悬挂装置的刚度，本文拟定的位移为横向位移土9附w、纵向位移土4mm、垂向位移士30附w。牵引电机7在保证以上相对位移的基础上，将转矩良好的传递于机车动轴5。本方案中的的直接驱动时电机7与转向架4之间的连接结构，如图23所示，各个关节结构均具备一定的弹性压縮量，在静态条件下能承载牵引电机的重量，并能在受到设定的冲击力时，产生形变与扭转，完全吸收机车在运行中机车动轴5与转向架4之间的位移，保证牵引电机7在五个自由度方向上的相对运动，以削弱机车动轴5对轴承的冲击。关于联轴器的设计，机车动轴由电机驱动，可以是双边传动，也可以是单边传动。目前我国现有的架悬式机车转向架多采用双空心轴单侧传动，即利用六小连杆机构将电机转矩传递于车轮。单边传动最大的优点是单齿轮传递扭矩，比双齿轮安装简单。但单边传动中电机轴承所受到的冲击载荷不均匀，尽管轴向空间大于双边传动，可将电机体积设计稍大些，有利于增加电机的功率，但空心轴所受的扭矩与变形均为双边传动的两倍，且要求加大电枢空心轴的壁厚。至于本方案中的联轴器的设计，由于本设计方案取消了齿轮传动，使传动系统的各零件加工组装都相对简化，因此可采用双边驱动的工作方式。为克服小连杆机构固有的缺点，本文提出采用弹簧膜片式弹性联轴器的转矩传递方案。如图27所示，将8个分离的弹簧片组成一个封闭的多边形，每一边交替的与主从动部分即电机空心轴8和机车动轴螺栓连接，工作时一片弹簧片受拉，另一片则受压，为提高强度采用双层结构，两层之间沿圆周旋转45。，并以高弹性橡胶充实；其安装方式如图29所示。所述各个分离的弹簧片设计为波纹形结构，如图22所示，增加了弹簧片的变形弹性，减小应力集中，有利于适应机车运行情况和向高速化的发展，同时各弹簧片批量生产，成本较低，更换和维护方便。上述的弹簧膜片式弹性联轴器的缺点为所能承受的轴向与径向的载荷能力较差，可利用缓冲橡胶来缓解冲击，其极限变形后的最终尺寸必须大于弹簧片的变形限制尺寸，以保证转矩的良好传递。由图24可以看出在静态条件下，电机7的重量由杆a和杆b承担，al、bl、b2为3个铰接点，分别压縮了一定量的橡胶，这三处铰接在电机受到的外部冲击力达到一定情况下均可发生弹性变形，同时al、bl、b2三点还可承受一定的拉伸与压縮弹性变形，这就既可保证电机中心在垂向作较大幅度的位移，也可保证电机中心在纵形和横向上作小幅度的位移。杆c为一拉伸和压縮杆，其与电机中心相切，这样就限定了电机定子7(a)沿电机中心的旋转，同时与转向架4和电机外壳之间均为铰接触cl，c2，不妨碍电机7的垂向和纵向的运动，如图26，28，30所示。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。权利要求1、一种新型机车牵引传动装置，包括转向架构架、牵引电机、轮对、机车动轴和牵引电机空心轴，牵引电机位于轮对、转向架构架的中梁与端梁之间，其特征在于还包括弹性联轴器、弹性电机悬挂装置和对称安装于牵引电机空心轴两端内壁上的弹性元件；所述弹性联轴器安装于牵引电机空心轴与机车动轴之间，电机转子压合在所述空心轴上，通过其两侧的弹性联轴器与机车动轴相联，驱动机车动轴旋转；所述弹性电机悬挂装置包括三组连接杆和与之对应铰接的座；其中两组连接杆一端通过其相应的座分别与构架的中梁及端梁相连接，其另一端分别螺栓固定于电机外壳上；另一组连接杆一端销连接于电机外壳上并沿机车动轴的切线方向将该连接杆的另一端通过其相应的座连接于中梁的下部；上述连接位置均设有压缩弹性橡胶垫片；所述弹性联轴器、弹性电机悬挂装置和牵引电机空心轴两端内壁上的弹性元件的刚度不同，并且依次增大。2、根据权利要求1所述的新型机车牵引传动装置，其特征在于所述的弹性联轴器为弹簧膜片式弹性联轴器；由单个的弹簧片首尾相联组成一个封闭的多边形构成一层，每个弹簧片的两端通过螺栓分别固定于空心轴的内壁和机车动轴的外壁上；所述的弹性联轴器包括两层以上的上述封闭的多边形结构，层间错开一定角度并沿圆周均匀分布。3、根据权利要求2所述的新型机车牵引传动装置，其特征在于所述封闭的多边形结构为正方形，由8个弹簧片首尾相联组成；所述弹簧膜片式弹性联轴器包括两层所述正方形结构，层间错开45。。全文摘要本发明涉及一种新型机车牵引传动装置，包括转向架构架、牵引电机、轮对、机车动轴和牵引电机空心轴，电机位于轮对、转向架构架的中梁与端梁之间，其特征在于还包括弹性联轴器、弹性电机悬挂装置和对称安装于牵引电机空心轴两端内壁上的弹性元件；所述弹性联轴器、弹性电机悬挂装置和牵引电机空心轴两端内壁上的弹性元件的刚度不同，并且依次增大。它吸收了轴承式与架承式的优点，在路况良好时，机车高速运行，线路对轮对的垂向冲击位移较小，但震动频率较大，则本装置工作方式与架承式轮对空心轴的结构相同。而当路况较差，机车必须减速运行，轮对受到的垂向冲击位移剧烈，但震动频率较低，则本装置的工作方式与轴承式牵引传动结构相同。文档编号B61F5/00GK101683855SQ20091001129公开日2010年3月31日申请日期2009年4月24日优先权日2009年4月24日发明者刘长颖,吴艳波,张文跃,杨均悦,葛研军申请人:大连交通大学