【《城际动车组驱动装置结构仿真分析案例》3600字】

城际动车组驱动装置结构仿真分析案例动车组驱动装置的组成及功能驱动系统的作用是将传动装置输出的功率传给动轮对。对液力传动的动车，其驱动装置包括减速齿轮箱以及牵引万向轴；对于电传动的动车，其驱动装置包括牵引电机、电机悬挂装置和减速齿轮箱。2.1.1基本结构：主要包括齿轮箱、轮对、轴箱、联轴节及牵引电机几个重要组成部分齿轮箱驱动装置如图包括齿轮箱组成（箱体、齿轮、轴承及密封件等）、齿轮箱吊杆组成（吊杆、橡胶垫等）、接地装置、连轴节。齿轮箱驱动装置所采用的是单级圆柱斜齿轮减速。在齿轮箱的箱体上分别设有注油孔、排油孔，并且安装了自动油量调节装置、磁性油栓和以及油面计。小齿轮轴的下方设置了测量基准块，这样可以通过高度差来测量以达到调节小齿轮轴和电机轴高度的作用。齿轮箱的吊挂前端设置了防飞石打击保护板。齿轮箱的箱体后部所采用的是加厚设计，以防飞石打击。同时为方便齿轮箱的吊挂，箱体前端也设置了吊挂座，并且齿轮箱采用的是垂直吊挂方式来悬挂在转向架上。轮对轴箱图2.1.2主要功能：高速动车组转向架齿轮传动系统，即齿轮箱驱动装置，是动力转向架的关键部件之一，其作用是将牵引电机的扭矩有效地传递到车轴而使动车组加速，或者是将车轴的转矩传递给牵引电机发电而使动车组减速，其工作性能的好坏直接影响到高速动车组运行的可靠性和安全性。高速列车要求齿轮箱驱动装置减速比小、质量轻、使用寿命长、工作可靠。2.1.3传动系统的分析理论在对高速动车组转向架齿轮箱驱动装置进行仿真分析与试验研究之前，需要了解相关分析的基本理论，并需要对齿轮传动系统进行受力分析。本文设计的动车组的牵引电机为架悬式安装。电机的转矩传递线路如下：主动齿轮→从动齿轮→连杆销→橡胶关节→连杆→连杆销→橡胶关节→空心轴→传动盘→橡胶关节→连杆销→连杆→橡胶关节→连杆销→主车轮→车轴→从动车轮。牵引电机采用的是三相异步交流电动机，具有重量轻、体积小等众多优势，是高速动车组牵引电机的发展方向。减速齿轮箱是由大齿轮、小齿轮和齿轮箱三部分组成。整体而言驱动装置力的传递过程如下：在动车组工作过程中，其动力在驱动装置作用下进行传递，在其中力的传递过程大致如下：牵引电机→联轴节→小齿轮→大齿轮→转向架轮对。2.2基本参数2.2.1齿轮箱设计参数本文齿轮箱驱动装置的设计基本参数如下：中心距：362mm传动比：i=5.466箱体寿命：20年；大、小齿轮寿命：10年；模数:m=7分度圆压力角α=26°分度圆螺旋角β=19°齿顶系数ha*=1顶隙系数C*=0.25齿宽b=70齿数Z=15（主动左旋）/82（从动右旋）精度等级：6级/天年应用：＞330天/年年里程：1000，000km/年平均日里程：3000km质量：＜300kg（不包含联轴节的质量）2.2.2齿轮箱驱动装置使用寿命齿轮箱驱动装置应当满足一定的寿命，其主要零部件的寿命指标如下：齿轮箱箱体寿命：20年大、小齿轮寿命：900万公里轴承使用寿命：大、小轴承均为400万公里联轴节寿命：20年或1800万公里橡胶垫寿命：5年2.3仿真主要构件2.3.1传动齿轮的设计主动齿轮轴模型国内的标准动车组齿轮箱的布置形式多为一级斜齿传动，如图，这类布置有着传动效率高以及所需要轴承少、整体构成简洁等优点因为主动齿轮轴的转速较高、且所承受的载荷大，主动齿轮对整个驱动装置的安全、可靠运转有起着极其重要的作用。本文重点在于分析主动齿轮轴在工作时是否满足设计要求，并为驱动装置结构改进提供参考依据。主动齿轮轴的三维模型在SolidWorks中建立。主要需考虑了主动齿轮轴和联轴节鼓型齿的联接。联轴器是由相似的两部分组成，通过螺栓将两部分上的凸缘紧固在一起而形成一个整体。其中一半与电机轴通过热缩的方式相连，而另一半则与齿轮箱的输出轴相连接。（a）主动齿轮（b）从动齿轮2.3.2轴承的选用国内的标准动车组齿轮箱的布置形式多为一级斜齿传动，如图，这类布置有着传动效率高，以及所需要轴承少、整体构成简洁等优点，在动车组上使用是最为广泛的。在输入轴处一般布置四个点接触球轴承和两个圆柱滚子轴承，整个输入轴的轴向载荷是由四点接触球轴承承受的，而输入轴上产生的所有径向载荷是由两个圆柱轴承来承担。所以，在轴承座的设计上，轴承座和四点接触球轴承的外圈采用的是间隙配合；而轴承座和两个圆柱轴承之间则采用的是过渡配合。这种轴承的布置形式比输入轴直接采用两个圆锥轴承更安全可靠，在运行过程中输入轴的转速高，圆锥轴承运转时需要同时承担径向和轴向载荷，因为运行时会产生的热量，这就对圆锥轴承质量也有更高要求。因此，目前高速动车组齿轮箱输入轴轴承主要以四点接触球轴承加两个圆柱轴承布置方案为主。齿轮箱输出轴轴承一般是以圆锥轴承配对为主，圆锥轴承具有能承受较高轴向力的特点，圆锥轴承配对安装后需要调整轴向游隙以适应由于工作温升引起的游隙减小。轴承的工作游隙对轴承的工作温度及运转稳定性有很大影响，比如游隙过小将可能会导致工作温升高，从而使得整体损坏；游隙过大则可能会造成额外的振动和噪音，对于运行安全以及舒适性都会有影响。要求在轴承选型的时候，需要考虑选择合适的轴承内部游隙。轴承的设计选用要求实现以上的技术要求，对轴承进行选择设计，要求轴承使用寿命满足技术要求条件。输入轴轴承内圈与轴之间需要采用的是过盈配合，轴承外圈和座孔则采用的是过渡配合输出轴轴需要满足以下的条件：套圈必须选用的是高纯净度的淬透轴承钢材料，运用贝氏体淬火工艺进行加工，以适应运行过程中产生的较大的疲劳与冲击载荷，使轴承的冲击刼性和尺寸稳定性方面更好一些；可以设计保持架采用加强设计和混合引导方式共用，保持架抗磨损方面能力会有所提高，见图;对于滚道和滚动体表面的加工精度应该更髙降低接触应力、减少摩擦效果，在高速工况下可以获得更好的润滑效果。2.3.3齿轮箱密封及润滑齿轮箱密封在列车高速运行的工况下，齿轮箱中密封系统设计的好坏对运行过程有着重要的影响。齿轮箱密封一直是作为高速动车组齿轮箱设计中的一个难点，对齿轮箱工作状态的好坏有着重要的影响，密封系统对外部的一些飞沙等杂物有阻挡作用，对齿轮箱润滑油也需要有较好的密封性能。在设计过程中采取接触式是密封设计，一些零件有寿命限制，所用在使用达到一定的时间以后需要对其进行更换部分零件。在轴的周围依次排列各环形密封齿，在齿间形成的空腔，被密封介质在通过曲折迷宫时产生的节流效应从而达到阻止漏油。所用机理为摩阻效应以及流束收缩效应。大齿轮透盖大齿轮密封圈大轴密封圈密封装配润滑部分齿轮箱是动车组驱动装置的核心部件，润滑方式采用的是飞溅润滑，一般按照浸入0.7~1.5个齿高设计。因为齿轮箱的工作特性，所以对于所选择的润滑油有以下性能要求：适合的黏度、良好的低温性能、良好的极压抗磨性、良好的减磨能力、良好的热氧化安定性、抗泡沫能力较好、以及与密封材料的相适应性能。按照需要的实际情况以及国内的选择标准可以确定所需要的润滑油类型。2.3.4箱体设计在SolidWorks软件中建立箱体的三维模型，齿轮箱符合DIN3961-3963标准中的6级精度。箱体的疲劳强度需要按照DIN3990标准计算。齿轮箱将转矩从牵引电机传递到轮轴并将电机的轴转速降低到适合于轮轴旋转的水平。齿轮箱是牵引电机和驱动轴之间的减速器，它将功率从电机传至轮轴。齿轮箱的外壳通过一个反应杆连接于转向架构架。该箱体是传动装置的一个结构件，它承受着由齿轮负荷产生的力并为轮轴和转向架构架提供了一个连接。齿轮箱箱体模型如图所示。在箱体的底部设计上散热筋。散热筋可以使得润滑油中的热量更好地散发，而且对箱体强度有加强的作用；润滑油池中也进行了分腔设计，在箱体的侧面以及底部设计注油孔、油标、放油孔等部分；在输入、输出端设计了集油槽以及进油通道，节省了箱体的内部空间；箱体同时进行了与轴承座相互配合的回油孔设计，保证了轴承的连续润滑，降低润滑油的泄漏。综上充分考虑所述箱体的特征,进而对高速动车组驱动装置的齿轮箱体进行设计，得到如下的模型。（a）箱体左视图(b)箱体俯视图2.3.5组装零部件设计吊杆模型齿轮箱采用的是垂直吊挂方式来悬挂在转向架上。通过吊杆将其安装在转向架构架上的，吊杆在工作时不但要承受齿轮箱在使用过程中所产生的拉压载荷，并且承受着各类的冲击载荷。作为重要的悬挂装置，本文吊杆的简化模型将采用SolidWorks对其进行三维建模，以便于分析研究吊杆与齿轮箱之间的，在建模时把吊杆上的橡胶垫圈及垫片去掉。吊杆模型图根据吊杆工作时的状况，吊杆的一端是全约束条件，而在吊杆另一端受到载荷，吊杆在受拉和受压时，受力载荷分别是分布在吊杆中心轴上以及吊杆外部套筒上。吊杆实际一般运用材料为调质45钢，吊杆套筒的材料为20无缝钢管，套筒的壁厚一般是16mm。其屈服极限是不小于245MPa的，抗拉强度在410~550MPa。联轴器设计