軌道車的換向分動箱設計研究

佟姝艷

摘 要 本設計以290馬力軌道車為例進行介紹，290馬力軌道車是比較常見的軌道工程車輛，具有比較可觀的市場發(fā)展前景。由于用戶不再滿足于結構較復雜、成本較高的傳統(tǒng)液力換向傳動箱。為此本設計采用新型的機械傳動箱技術研制機械換向式分動箱，其對于實現(xiàn)軌道車的傳動具有更大的意義。

關鍵詞 分動箱 軌道車 傳動 機械

中圖分類號：U26 文獻標識碼：A

1換向分動箱的設計原則

由于傳統(tǒng)的液力換向傳動箱由于結構較復雜、成本較高，難以達到用戶的要求，為此設計一種采用新型的機械傳動箱技術研制機械換向的分動箱。其具有較高的性價比、可靠的使用性，對軌道車的傳動更有利。

本設計以“可靠、實用、經(jīng)濟”為原則，在滿足軌道車傳動系統(tǒng)的使用性能的要求下，提高軌道車傳動系統(tǒng)的經(jīng)濟性能，降低購置、運行、維護成本。采用先進的技術和國內機械設計結構，繪制現(xiàn)有軌道車分動箱與研究成果的應用，參考現(xiàn)有的產(chǎn)品，汽車的特性對軌道使用并符合相關要求。最大限度地采用模塊化設計，提高了通用性的基本零件的互換性，以滿足不同用戶的要求，增強了產(chǎn)品的通用性。以達到軌道車加工組裝工藝的基本要求，使傳動裝置的可靠性及技術性達到國內先進水平。

2 290馬力軌道車換向分動箱在設計過程中的主要問題

（1）由于設計考慮的缺陷，而造成差速器兩輸出端泄漏油，引起重大事故

換向分動箱是鐵路機車上的重要配套裝置。換向分動箱的差速器的動力輸入是由固定在前殼體上的圓柱斜齒輪帶動固定成一體的前、后殼體，十字軸壓緊于殼體內，通過4只行星齒輪帶動裝于前后半軸的半軸齒輪（其中半軸齒輪與前后半軸漸開線花鍵配合），動力輸出至前、后半軸端部的連接凸緣件。前后半軸各以一對圓錐滾柱軸承分別定位在軸承座上，由于一對軸承之間有0.20mm的軸向間隙（高速轉動的軸承必需的間隙，否則軸承極易燒損），故前、后半軸裝配半軸齒輪端為懸臂結構，由于半軸齒輪及半軸伸出量的質量而使懸臂端部低頭，半軸齒輪和行星齒輪傳動嚙合時齒面外端接觸，而不是全齒接觸，引起行星齒輪與十字軸線接觸運動，局部發(fā)熱而燒結。同時，由于前、后半軸旋轉時的擾動，引起外端連接凸緣跳動，使得骨架油封工作環(huán)境趨于惡化，造成泄漏油。因此，在換向分動箱運行中經(jīng)常發(fā)生差速器的行星齒輪和十字軸燒損事故，造成機車停止運行，影響鐵路交通，而差速器兩輸出端泄漏油更是經(jīng)常性的問題。

（2）分動箱齒輪設計時考慮不周，而產(chǎn)生過大的齒輪噪音

在實際分動箱的設計過程中會遇到很多問題例如線速度過高、參數(shù)選擇的不合理、重合度太低、齒輪結構的不合理等。在工作過程中齒輪的傳動會引起兩個接觸面之間的摩擦，這是典型的滾動摩擦，不過前提是以圓柱齒輪傳動的原理為前提。純滾動摩擦理論可行但實際并不存在。漸開線的運動形式是一種復雜的運動，它包括滾動運動和滑動運動。實際工況中，受到摩擦的齒輪面與不同直線連接的曲線比較類似，應為摩擦和撞擊無法消除，最后導致的結果就是噪音和振動。

3 290馬力軌道車換向分動箱在設計過程中主要問題的解決方法

（1）設計一種新型的軌道車換向分動箱結構

本設計的換向分動箱差速器，包含固定連接的前殼體和后殼體，在前殼體內設有前半軸，前半軸外端設有連接凸緣件，后殼體內設有后半軸，后半軸外端也設有連接凸緣件。前殼體固定有圓柱斜齒輪，前殼體和后殼體之間設有十字軸，十字軸安裝有四只行星齒輪，四只行星齒輪與安裝在前、后半軸的半軸齒輪相嚙合，其特征在于后半軸內軸端設有內孔，內孔中差速器由兩個或四個圓錐行星齒輪、行星齒輪軸、兩個圓錐半軸齒輪和左右差速器殼等組成。

設有圓柱滾子軸承外圈，十字軸也設有中心孔，前半軸的一端設有圓柱滾子軸承，前半軸的該端穿過十字軸中心孔并伸入后半軸內孔中的圓柱滾子軸承外圈。這樣，前后半軸通過該圓柱滾子軸承取得了支撐點，消除了前后半軸低頭的現(xiàn)象。由于消除了前后半軸低頭現(xiàn)象，行星齒輪與半軸齒輪處于合理的嚙合狀態(tài)，可完全避免行星齒輪與十字軸燒損產(chǎn)生。同時，前后軸的油封擋沒有了徑向跳動，克服了輸出端泄漏油的想象。因此，本設計可以克服原差速器容易燒損及漏油的現(xiàn)象，保證了運轉質量，同時未帶來成本上的過多投入，也未改變原裝配工藝，非常方便有效，切實可行。

（2）修正漸開線圓柱齒輪重合度，另一方面修改齒輪參數(shù)可以降低傳動噪音

第一，漸開線圓柱齒輪傳動的重合度，為確保連續(xù)性，穩(wěn)定性和負載能力和抗彎能力的一個重要指標，提高重合度可以減少的影響，當齒輪嚙合，從而降低噪聲。第二，齒輪模數(shù)是齒輪的主要設計參數(shù)，而且還產(chǎn)生齒輪噪聲的主要因素。當一對齒輪，齒輪相互嚙合的彎曲應力之間的關系，所以齒輪輪齒彎曲彈性變形時的齒嚙合通過彈性齒的彈性變形和恢復原來的狀態(tài)，從而產(chǎn)生噪音，抗彎強度和彈性模量的齒輪和比例，所以我選擇了對模數(shù)齒輪噪聲直接的影響。第三，齒輪齒形的變化會引起噪聲寬度的變化。由于不同的齒寬，不同程度的能量衰減，大齒輪齒的接觸點和線，這是更好的能量衰減性能訂婚，噪音也低。

參考文獻

[1] 劉惟信編著.汽車車橋設計[M]. 清華大學出版社， 2004.

[2] 嚴雋耄主編.車輛工程[M]. 中國鐵道出版社， 1999.