第六章 牵引齿轮箱设计.docx

第六章 齿轮箱的设计6.1 齿轮箱设计概述为了使齿轮在传动过程中得以润滑，防止尘土、砂石和污物等侵袭，将大小齿轮密封在齿轮箱内。齿轮箱的设计一百有两个方案：一个是采用铝合金铸造结构，另一是钢板焊接结构。然而高速机车为了减轻簧下质量大多采用铝合金铸造结构的齿轮箱。齿轮箱由上箱、下箱、螺座、油标尺和放油堵组成。为了使齿轮副工作时箱体内压力与大气压力相平衡，在上箱顶板前后处设置二个出气孔装置。我便于该部件的吊挂，在上箱上还设置了2个吊耳。在下箱后端部安装放油堵和验油阀。验油阀盖上带有油标，可观察齿轮润滑油的油位，旋开验油阀盖可加注润滑油。旋开油堵可把齿轮箱中的润滑油放出，这些零部件的与齿轮箱的组装处均设置橡胶密封环，以防齿轮润滑油溢出。上下箱组合用8根M20的螺栓连结。为了 增加强度，齿轮箱安装螺孔使用钢制螺座，螺座压入齿轮箱前涂密封胶，一方润滑油在此处外流。整个箱体通过6根螺栓固定在电机端部外壳上。62 齿轮箱主要参数传递功率 /kw 1200主动齿轮最高转速/r.min-1 2400传动比 90/23=3.9136.3 齿轮设计关键技术6.3.1 轻量化设计为了减小轮轨的作用力，必须严格限制一系簧下质量。车轴齿轮箱的大部分质量为一系簧下质量，因而齿轮箱小型化、轻量化就显得尤为重要。在200km/h高速转向架齿轮箱的设计过程中，主要从箱体材料的轻量化和结构的小型化两个方面来实现齿轮箱轻量化的目的。（1） 箱体材料轻量化图1是铸钢齿轮箱和铝合金齿轮箱中各部件所占质量百分比。由图可知，铸钢箱体占齿轮箱的总重量的45%，而铝合金箱体仅占26%，由以下图表数据可知，用高强度铸造铝合金制造齿轮箱箱体式高速驱动齿轮箱装饰轻量化最有效的措施。图1 铸钢齿轮箱（a）与铝合金齿轮箱（b）各部件所占质量百分比1 齿轮；2密封组件；3轴承；4附件；5箱体但是，使用铝合金制造齿轮箱箱体存在一系列的问题，如许用应力小、弹性模量低、热变形大、疲劳极限低等，表2给出了解决这些问题的一些对策。表2 铸造铝合金齿轮箱箱体存在的问题与对策问题失效形式对策 许用应力小悬挂座 安全系数小破损采用高强度设计螺纹 屈服螺纹 牙破损螺纹 镶钢丝螺套抗飞散物 冲击强度低破损采用圆形设计弹性模量低 轮齿接触不良齿轮损坏采用整体高刚性设计接触面刚性小接触面漏油 热变形大低温时轴承游隙减小轴承烧损提高轴承润滑性能高温时轴承游隙增大保持架损坏采用壁厚、大刚性轮齿接触不良齿轮损伤轴承座疲劳极限低 齿轮箱疲劳采用低应力设计破坏（2） 结构设计小型化齿轮箱体采用圆形设计，其外形和齿轮外圆一致，齿轮顶圆距箱体内壁仅12mm，自然形成导油槽，这样及减少了箱体的体积，减小了噪声的辐射面积，又达到了箱体轻量化的目的。6.3.2 齿轮箱的润滑设计由于在高速运转时，齿轮飞溅出来的润滑油与箱壁剧烈碰撞，在箱体内形成油雾，因而在高速齿轮箱的润滑系统设计时，可以考虑中低速时轴承和齿轮的润滑。对于整个驱动装置，基于质量、结构、维修及成本方面的原因。轴承和齿轮均采用齿轮飞溅润滑，为了有足够的润滑油尽如轴承，在轴承座上方开设了轴承润滑油集油槽、进油孔，集油槽的油由导油孔导入圆锥公子轴承的小端。6.3.3 齿轮箱密封设计齿轮箱的密封设计技术是高速齿轮箱开发过程中的关键和难点，齿轮箱的密封是否可靠，直接关系到高速机车的可靠性以及齿轮和轴承的使用寿命。齿轮在箱体内高速旋转，使箱内的空气压力分布极不均匀。而这种不均匀与齿轮转速。旋转方向。齿轮螺旋角。齿轮个数以及箱体内部形状、齿轮与箱体间的距离等因素均有很大的关系，因此，合理的齿轮密封结构，必须爱对高速齿轮箱中各因素进行充分研究的基础上，利用系统分析的观点来设计开发。（1） 齿轮箱密封系统的结构齿轮箱的密封系统由箱体、齿轮、密封组件、通气器等组成。其功能是使箱体内的润滑油不外泄而箱体外的污物不进入箱内。齿轮箱密封系统的结构与系统元素、元素的固有性质及其相互关系有关。系统的结构域系统的输入、输出之间的关系如图2所示。输入结构输出 转速 载荷 温度系统元素： （1）密封组件：齿轮、箱体、轴承、通气器等 （2）介质：润滑油 （3）环境：粉尘、水等元素的固有性质： 元素的几何形状；接触面的表面形貌特征；轴承的结构及其安装方式；齿轮形式及数量；密封的组件结构及形式等。元素之间的相互关系： 密封间隙与介质间的相互关系；齿轮、箱体与通气器之间的相互作用以及与箱体内压力分布的相互关系；轴承的安装方式对润滑油流动性的影响关系等。 密封 摩擦损失 图2 齿轮箱密封系统关系（2）齿轮箱密封系统特点采用沟槽式间隙密封作为第一道密封，径向迷宫是密封作为第二道密封（见图3），同时严格控制迷宫间隙（间隙控制在0.50.8mm内），这样，增大了泄油阻力，提高了密封的效果。图3 密封系统结构（轴承反装）在第一道密封和第二道密封之间设置了较大的环形减压室，进一步增加了泄油阻力在主动齿轮两端的密封结构中，于轴承外端与第一道密封之间开设了两个10mm的回油孔，而在环形减压室下方开设了四个10mm的第二回油孔，一保证回油顺畅。径向迷宫是密封的第一道密封环设计成锥形，这样，在旋转是具有泵吸作用没使间隙中的润滑油向内流动，提高了 密封性能。6.3.4 齿轮箱的防水设计齿轮箱内气压分布不均匀。有的地方为正气压，有的地方为负气压，齿轮的转向对齿轮箱内部的气压分布也有影响。在齿轮箱负压区外面的 雨水就容易吸入齿轮箱内。根据以上分析，我们认为齿轮箱进水的主要渠道有