跨座式独轨双轴动力转向架传动系统设计架悬式

二零一四届城市轨道交通车辆毕业设计（论文）0前 言“十五”期间，公路、港口得到快速发展， “十一五”铁路建设发展迅速。城市轨道交通则将成为“十二五”期间基础建设投资的新贵。据悉，随着城市化进程的逐步加速，我国的城市轨道交通建设有望迎来黄金发展期。伴随投资额度的加大，城市轨道交通建设有望成为继铁路大规模投资之后新的投资热点，成为“十二五”基础建设投资的新增长点。中金公司在 2010 发布研究报告称：“预计未来十年，我国城市轨道交通建设投资有望超过 3 万亿元。 ”长期以来，我国城市轨道交通建设相对滞后，轨道交通运营总长度、密度及负担客运比例均远低于平均水平。而国际经验表明，当一个国家的城市化率超过 60%，城市轨道交通将实现高速发展以解决大城市交通拥堵问题，从而拉动城市轨道交通建设投资迅速增加。众所周知，一个城市的交通问题是限制一个城市发展的原因之一。交通的发展水平直接影响着一个城市经济的发展情况。随着时代的进步,经济的不断发展，人口逐年增加,城市面积也不断扩大,而城市汽、电力急剧增加,加重了原有狭窄道路的负荷,道路交通十分紧张,使城市交通成为当前面临的一个十分严峻的问题。现代城市需要高速而又便捷的交通来运送市民上、下班,购物和娱乐,为适应这一需要,必须建立以快速交通为主,公共电汽车为辅的综合公共交通系统。在中国目前已发展了跨坐式单轨交通系统,它的最大运量低于地铁,近似于轻轨交通。这种城市单轨交通,作为一种新型的现代化交通工具,正以它突出的优越性越来越受到人们的青睐,并在应用中不断趋于完善和提高。 研究大功率城市轨道牵引驱动装置是城市轨道交通发展趋势的一种要求。能大大的提高城市轨道交通的通勤能力，满足城市发展的需要。而本次论文设计的跨座式独轨双轴动力转向架传动系统设计（架悬式） ，就满足了城市化发展水平提高人们对于交通运输能力的需求，而且占地资源小，运输能力强，地形适应性好，舒适环保，所以此次设计的应用及推广将有效的解决当今大中型城市拥挤所带来的诸多问题。二零一四届城市轨道交通车辆毕业设计（论文）1目 录前 言 .1摘 要 .4ABSTRACT .5第 1 章绪 论 .61.1 跨坐式独轨城市轨道交通的发展现状和市场要求 .61.2 跨座式城市轨道交通的发展方向 .61.3 基本参数 .7第 2 章 跨坐式城市轨道车辆牵引传动系统装置 .82.1 牵引传动系统的结构特点 .82.2 轨道车辆传动系统的基本作用和要求 .8第 3 章 传动系统总布置设计 .83.1 传动系统的设计原则 .83.2 传动系统的方案选择 .113.3 减速器类型的选择 .123.3.1 基本参数 .133.4 牵引电机的选择 .133.4.1 选择牵引电机的容量 .143.4.2 查表选取牵引电动机 .153.5 确定传动比以及传动比的选择 .153.5.1 总传动比 .153.5.2 传动比的分配 .163.6 动力参数的计算 .163.6.1 各轴转速 .163.6.2 各轴输入功率 .163.6.3 各轴输入转矩 .16第 4 章 齿轮的设计和计算 .174.1 高速级齿轮计算 .174.2.1 选定齿轮类型，精度等级，材料及模数 .174.2.2 按齿面接触强度设计 .174.2.6 按齿根弯曲强度设计设计计算 .184.2 低速齿轮计算 .194.2.1 选定齿轮类型，精度等级，材料及模数 .194.2.2 按齿面接触强度设计 .194.2.5 按齿根弯曲强度设计 .214.2.6 按齿根弯曲强度设计设计计算 .234.2.7 几何尺寸计算 .234.2.8 验算 .24第 5 章 减速箱轴的设计和计算 .245.1 主动轴的设计 .245.1.1 选择材料 .24于：跨座式独轨双轴动力转向架传动系统设计25.1.2 求作用在齿轮上的力 .255.1.3 确定轴的最小直径 .255.1.5 校核轴的强度 .265.1.6 按弯扭合成应力校核轴的强度 .275.1.7 齿轮轴加工 .275.2 中间轴的设计 .285.2.1 选择材料，确定许用应力 .285.2.2 确定轴的最小直径 .285.2.4 校核轴的强度 .305.2.5 按弯扭合成应力校核轴的强度 .315.3 驱动车轴设计 .315.3.1 选择材料 .315.3.2 确定轴的最小直径 .315.3.4 校核轴的强度 .335.3.5 按弯扭合成应力校核轴的强度 .34第 6 章 轴承设计计算 .356.1 主动轴轴承的设计 .356.2 中间轴动轴轴承的设计 .37第 7 章 联轴节的设计与选择 .397.1 输入端联轴节 .407.1 输出端联轴节 .40第 8 章 相关结构说明 .418.1 轴箱设计 .418.1.1 轴箱传动系统的一般要求 .418.1.2 拟定齿轮箱基本方法 .418.1.3 拟定轴箱 .428.2 油封 .428.3 螺栓放松 .42第 9 章 结论与展望 .44致 谢 .45参考文献 .46二零一四届城市轨道交通车辆毕业设计（论文）3摘 要城市轨道交通的发展缓解了城市交通压力，方便了人们的出行，为城市的发展铺平了道路。跨座式独轨交通，运量低于地铁,近似于轻轨交通，凭借着自己独特的方式和较为灵活的发展条件越来越得到我国城市轨道交通建设市场的青睐和重视。相信在未来城市轨道交通发展过程中，必将会发挥重要的作用。本设计是通过分析跨座式独轨城市轨道交通的发展现状和市场需求，在选定了轨道车辆双轴动力转向架驱动装置类型的基础上，进行传动系统的总体设计。通过选择驱动电机、联轴器，对减速箱进行设计。本次设计的重点也是对于减速齿轮箱的设计，包含对减速箱内部传动设计、齿轮设计、轴设计与校核、轴承设计与校核，确定齿轮箱总体尺寸设计，通过优化结构设计从而完成对齿轮箱的设计。本次论文设计内容将按照加工方便，结构简单，易于拆装，运行平稳，重在安全的要求设计。关键词：跨座式独轨，双轴，动力转向架，传动系统设计于健：跨座式独轨双轴动力转向架传动系统设计4ABSTRACTThe development of city rail traffic to ease the traffic pressure on the city,convenient for people to travel, paving the way for the development of the city.Straddle type single rail traffic, traffic is lower than similar to subway, light rail transit, with its own unique style and development condition is more flexible and more and more construction market city rail transit in Chinas favor and attention.I believe in the process of development in the future city orbit traffic, will play a very important role.This design is through the analysis of the straddle type single rail city orbittransportation development present situation and the market demand, in theselected track vehicle power bogie driving device of biaxial base type, the overall design of the transmission system. Through the choice of driving motor, coupling,carries on the design to the gear box. The focus of this design is to design a reduction gear box, gear box contains the internal transmission design, gear design, shaft design and checking the design and check, to determine the overallsize of the bearing, gear box design, by optimizing the structure design tocomplete the design of the gear box. This thesis will be processed in accordance with the convenient, simple structure, easy assembly and disassembly, stable running, requirements of design is focused on security.KEY WORDS: straddle type single rail, double shaft, power steering rack, the transmission system design二零一四届城市轨道交通车辆毕业设计（论文）5第 1 章 绪 论1.1 跨坐式独轨城市轨道交通的发展现状和市场要求随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵,事故频繁，环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量，高速准时，节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。在城市轨道交通系统中，跨坐式单轨交通制式因其线路占地少，可实现大坡度，小曲率线径运行，且线路构造简单，噪声小，乘坐舒适，安全性好等优点而逐渐受到关注。我国城市的现有的交通系统存在诸多问题，比较突出的有三个方面：高峰时段堵塞和拥挤严重；交通结构单一；对环境的影响较大。导致交通不畅的根本原因在于现有的城市交通结构过于单一，大、中运量的轨道交通在城市交通中的比重太小。市区的旅客运输主要由公共汽车、无轨电车等常规公交工具和自行车承担。迄今为止，全国只有北京、上海和广州三个城市有地铁和轻轨运营线，而且运营里程都不长，依然不能满足日益增长的交通需求。要从根本上解决我国城市交通存在的问题，就必须调整现有的交通结构，建立综合交通系统。规划和建设综合交通系统的首要任务是合理规划和发展各种轨道交通。作为中等运量的轨道交通，跨座式单轨交通是符合我国城市需求的交通形式。相应的转向架驱动系统技术也必须保持技术创新才能满足发展需要。1.2 跨座式城市轨道交通的发展方向城市轨道交通建设对城市的土地开发、交通结构、经济发展和城市环境的影响特别大。因此，城市轨道交通线网规划的科学性、合理性、经济性与可操作性是轨道交通建设中至关重要的一环。为此，在城市轨道交通线网规划中要做好以下几点：1） 线网规划与城市发展规划要协调城市轨道交通线网规划是城市发展总体规划的重要组成部分。因此,线网规划必须与城市总体规划相匹配，与城市的经济走廊相适应。还要根据城市规划的发展方向留有向外延伸的可能性，以适应都市的未来发展。线网规划要结合城市轨道沿线的工程地质、水文条件以及沿线城市环境，经过技术、经济方案比较,环境评估后，慎重地选择地下、高架和地面三种线路敷设方式。既要节省投资,降低运营成本，又有利于乘客的出入换乘。于健：跨座式独轨双轴动力转向架传动系统设计62）线网规划要满足城市主干客流的交通需求。重点研究城市土地的利用形态、人口与商业分布特征和现在、未来的路网客流分布特点。使轨道交通能最大限度地分担城市交通大通道的客流，提高其分担城市公共客流的比率。要以最短的线路连接城市的交通枢纽、商业文娱中心和城市生活区等客流集散量巨大的场所。避免个别线路、站点负荷过大或过小的现象。城市轨道的线网骨架规划，在远期目标上，先对近期需要修建的各条线路的必要性和紧迫性进行充分的论证。3） 线网规划要处理好轨道交通系统内各线路间的整体衔接与协调，特别是各线路间的换乘与接驳。重点研究各线路的相交形式和相交点，设置方便乘客换乘的枢纽，尽量缩短乘客的行走距离和人流交叉。与地面公交系统要无缝衔接，尤其要重视与地面其他公交的换乘接驳。结合轨道线路的走向,站点及出入口的位置，合理调整公交站点及线路走向，使其既利于轨道交通集散大宗客流，又尽量减少与城市轨道交通平行的公交线路，避免轨道交通与地面交通竞争客流。4） 几种城市轨道交通方式要协调发展。综合分析各种轨道交通的特点、优势及城市现有的客流、 经济 规模与发展倾向，做到“宜地铁，才地铁；宜轻轨，则轻轨。”不要把目光局限于地铁。对于大型或特大型城市的中心区域应充分利用地下铁路的特点而优先发展地下铁路。对客流量不太大且灵活，修建地铁不经济，就应转向轻轨交通系统，轻轨系统还特别适用于城市的坡道较大或城市弯曲的大中型城市。新型城市有轨电车在一些经济规模和城市规模不太大，城市客流量不多的中小城市很有发展前景。市郊铁路可用于快速连接市中心与郊区1.3 基本参数车辆设计采用 6 节编组，4 动车 2 拖车 208t 有效载重 24.6t.取轴重 T11t，城市轻轨构造速度范围为 7080km/h，取构造速度为 80km /即 22.2m/s。走行轮采用动态直径 982mm 的橡胶轮胎。二零一四届城市轨道交通车辆毕业设计（论文）7第 2 章 跨坐式城市轨道车辆牵引传动系统装置2.1 牵引传动系统的结构特点本次设计传动系统主要由驱动电机、输入端联轴节、制动盘、齿轮减速箱、输出端联轴器五部分组成，全部放在构架外侧。当然其他方面，比如在齿轮箱体上安装速度发电机，以检测车辆的运行速度不在本次设计展示。驱动电机非本次结构功能设计重点，在三维制图中将只以外观模型体现。转向架基础制动装置为盘形制动，制动盘安装在驱动电机端主要考虑转矩小的特点。由于受空间和重量限制，需采用小直径、大容量的制动盘，制动盘和输入端输入端联轴节也作为一体化设计。2.2 轨道车辆传动系统的基本作用和要求传动系统的作用就是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，驱使机车或者动车沿着钢轨运行。传动系统实际作用是将高转速，小扭矩的牵引电动机驱动传递到具有较大阻力矩的动轴。而城市轨道车辆只有动车才具有传动系统，它对传动系统有以下要求：（1） 传动系统应保证能使牵引电机功率得到有效的发挥，稳定的传动比。（2） 电动机电枢轴应尽量与车轴布置在同一高度上，以减少线路的不平顺对齿轮的动作用力。（3） 电动机在安装上应有减振措施。（4） 传动系统应安装检测装置。（5） 传动系统本身应该简单可靠，具有最少量的磨耗件。（6） 当牵引电动机或驱动机构发生损坏时，应易于拆卸。第 3 章 传动系统总布置设计3.1 传动系统的设计原则传动系统既要确保牵引电动机的输出功率可靠地传递给轮对，同时又要隔离轮轨冲击对电动机的影响。作为转向架的重要部件，驱动装置决定着转向架的运行性能和于健：跨座式独轨双轴动力转向架传动系统设计8牵引性能。对一台理想驱动装置的要求有以下几个方面：1)驱动装置应具有旋转弹性。机车起动时，特别是重载启动时，牵引电动机受有相当大的启动电流，牵引电动机所发挥的旋转力矩存在着较强烈的脉冲，这会引起整个系统发生振动。在采用刚性轴支承式传动装置的机车上，它们直接传至轮对。轮对出现滑动现象，影响粘着利用，机车牵引力不能得到充分发挥。架悬式传动系统常采用具有一定弹性的联轴器，将电机和轮对连接起来。具有旋转弹性的传动系统，由于弹性元件吸收振动而使粘着利用获得改善，机车牵引力也将有所提高。2)不约束轮对的垂向运动，即对一系弹簧垂向弹性的影响应尽量小。轮对通过一系弹簧悬挂装置和轴箱定位活节连接装置同转向架构架呈弹性连接。作用在轮对上的各种力都经过这些装置直接传递给转向架构架。假如驱动装置对轴箱弹簧有垂向内阻力存在，那么，作用在轮对上的各种力，有一部分将按驱动装置和一系弹簧悬挂装置两者弹性常数的比例关系由驱动装置传递。换句话说，就是驱动装置参与了一系弹簧悬挂装置的作用。而后者不再以原设计参数工作。因此，驱动装置与转向架构架的垂向弹性连接刚度应足够的小，以不影响一系悬挂装置的垂向工作状态为原则。若是驱动装置对垂向弹性有较大影响时，则必须减小一系弹簧悬挂装置弹簧的弹性常数，以保证总的弹性常数。3)不约束轮对的横向运动，即对轮对的横向弹性不发生影响或影响尽量地小。机车动车在线路上运行时，轮对上作用有横向力和横向冲击。为了缓和和减小这冲击和作用力，轮对和构架之间的连接装置应具有一定的横向弹性。假如驱动装置对轮对的横向运动有内阻力存在，那么，作用在轮对上的各横向力，有一部分将按它们之间弹性常数的比例关系由驱动装置传递。而后者本身也承受这些附加的横向力。所以，在设计驱动装置时，应当考虑到轮对的定位、导向和弹性都仅只由轴箱弹簧装置和轴箱定位活节连接装置来保证。而驱动装置尽量不影响或者尽可能小地影响轮对的横向运动。4)不约束轮对的角位移，即对轮对相对构架的侧滚和摇头运动不发生影响或影响尽量地小。轴支承式牵引驱动装置的电机常利用滚动或滑动轴承，两点支撑在车轴上，一点悬挂在构架上。当轮对相对构架产生角位移运动时，电机悬挂装置仅应平衡驱动力矩，而不应约束轮对的角位移运动。架承式牵引驱动装置的电机常三点刚性或弹性安装在构架上，电机与轮对间通过联轴器连接，传递驱动力矩。由于联轴器的万向作用，可将电机的驱动力矩有效地传递给轮对，而不对轮对产生角位移约束。驱动装置中，影二零一四届城市轨道交通车辆毕业设计（论文）9响轮对的角位移的元件是电机悬挂装置或联轴器，因此，其结构和弹性参数设计，需考虑有效地驱动轮对，而尽量小地影响轮对相对构架的角位移。若设计不当，将会使轮对的跳动激扰直接传递给构架，影响转向架的性能。5)除轮对外，其