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机车传动及电机悬挂装置的结构、性能分析比较学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 铁道机车车辆 指 导 教 师： 西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）摘 要电力机车的传动及电机悬挂装置的结构、性能不断的提高，推动了铁路行业的不断提高，并在安全方面很重要。本文介绍了3种电机悬挂方式及2种齿轮传动方式，并对其特点、结构和性能进行了全面的分析比较。牵引电动机悬挂方式对动力学性能的影响。齿轮的啮合条件差，齿轮磨耗大，传动冲击大，对牵引电动机不利。所以电力机车的传动及电机悬挂装结构和性能对整台机车的安全起着重要作用。关键词：齿轮传动；电机分析；悬挂装置- i -目 录摘 要i引 言11电力机车21.1电力牵引概述21.2 铁路牵引动力31.3电力牵引的优越性41.4电力机车的发展52 电力机车传动92.1机车传动92.2齿轮传动的分类和比较92.3 齿轮传动的特点103 电机悬挂装置的分类和比较123.1电机悬挂装置的分类分析123.2电机悬挂的比较分析154 传动及电机悬挂装置的特性235 牵引电动机与齿轮箱的检修265.1 牵引电动机悬挂装置检修265.2 齿轮箱的检修26结 论28致 谢29参 考 文 献30- iii -西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）引 言随着我们国家经济不断的发展，国内铁路不断的创新和改革，对于电力机车的要求也有所提高。对于电机机车的传动及电机悬挂装置的要求更加严格。 电机机车的传动及电机悬挂装置是电力机车的重要组成部分。齿轮传动装置是电机机车的动力装置。齿轮传动分为单齿轮传动和双齿轮传动，由于齿轮传动平稳，传动比精确，效率高，寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大，所以其在结构、性能进行了分析比较。电机悬挂装置的电机悬挂方式和传动装置有着不可分割的关系.不同的电机悬挂方式，传动装置也不同。目前牵引电动机的悬挂方式大致可分为轴悬式，架悬式，体悬式三类.为进一步改善机车的动力学性能，通常把牵引电动机悬挂在车体的底部，使其成为二系弹簧以上的重量。1电力机车1.1电力牵引概述1.1.1电力牵引定义电力机车或动车的牵引电动机将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通电动车辆组运行。主要由电源、牵引变电所、接触网（接触轨）、轨道回路和电力机车、动车组等环节构成的系统以实现电力牵引。 1.1.2电力牵引分类电力牵引按照向电力机车、动车组供电的电流性质不同，分为工业标准频率（50 hz或60 hz）单相交流制，简称工频单相交流制，是20kv，25 kv，低于工业标准频率的低频（一般为16 2/3 hz）单相交流制，电压为110kv，15 kv和直流制，电压为 600，750，1 500，3 000 v等4 种类型（该分类不适用于磁浮铁路）。按照应用领域，则区分为干线线路电力牵引、工矿运输电力牵引、城市轨道交通电力牵引（地下铁道与轻轨交通）和城市有轨电车等。各种电流制的电力牵引供电系统和电力机车、动车的设备有较大差别。 1.1.3技术经济特性电力牵引相对于内燃机为动力的内燃牵引（内燃机车、城市公交汽车）和蒸汽机为动力的蒸汽机车牵引，具有下述一系列优点：电力牵引为非自给式牵引动力。机车本身不带燃料和原动机。由大容量电力系统供电，机车或动车总功率大且自身重量相对较轻，具有起动和加速快、牵引力特特点，能满足铁路和城市现代交通运输对高速、快速、重载和大运输能力的需要。电力牵引的总功效（作功效率）最高，可显著节省能源降低运营成本。由于电能在发电厂（站）集中生产，采用高温、高压、大功率机组的火力发电厂构成的电力系统供电，电力牵引的总功效为27%28%；由水力发电站构成的电力系统供电时，电力牵引的总功效可达57%58 %。而内燃牵引和蒸汽机车牵引的总功效，分别为22% 和6%，公交汽车运输的总功效与内燃牵引相当或稍低，且都要使用优质燃料（柴、汽油和优质煤）。据统计，铁路电力牵引的平均单位消耗（标准燃料公斤/万吨公里），比内燃牵引和蒸汽机车牵引分别低13.0% 和67%，因而，电力牵引的运营成本较低。电力牵引列车和车辆噪声小，不排出废气和有害气体，有利于环境保护。城市轨道交通电力牵引采用地下建筑或高架结构，运输快捷、灵活、安全。可消除城市交通阻塞状况、改善生活空间。电力牵引各主要组成环节均为独立电气系统，且又连成整体，它们与电子技术和计算机控制手段相结合，易于实现全面自动化和信息化，为铁路和城市交通的技术进步、劳动生产率的极大提高，提供了广阔的发展前景。 1.1.4电力牵引存在的缺陷主要是增加了供电系统装置，使其一次投资费用按其他牵引动力形式要高些。另外，交流制整流器电力机车和动车产生高次谐波和负序电流，对电力系统的安全、经济运行有一定影响；谐波的存在和高压接触网及其回流网络的不对称，对沿线平行接近的电信线路将产生干扰电压，影响通信质量和人身安全；直流电力机车和动车负荷在回流时存在迷散电流，对地下金属管道和地下建筑物形成腐蚀作用，都需采取有效措施进行防护和限制。 1.1.5在铁路和城市交通现代化中的地位和作用20世纪50年代，由于二次世界大战后百废俱兴，在世界范围掀起了铁路牵引动力技术改革的浪潮，电力牵引首先在欧洲、前苏联、日本等一些国家开始广泛采用。由于电力牵引的技术经济综合优势十分明显，加以70年代出现了世界性石油危机，愈益促进了它的发展。至80年代末，上述主要国家都达到以占本国铁路总里程1/41/3左右的电气化铁路，承担其2/53/4的客货运输总周转量。 在此期间，轴功率1000 kw以上的大功率、高速、高性能的交流一直流一交流传动电力机车和晶闸管整流器电力机车，相继研制成功投入商业运营，推动了高速铁路和重载运输电力牵引的发展增强了铁路运输与航空、公路运输的竞争能力。 许多国家的铁路运营实践表明，牵引动力电气化已成为铁路技术改革的方向，是实现铁路现代化的重要步骤。1.2 铁路牵引动力铁路牵引动力需要正确地选择牵引动力并使其在地域上合理分布。铁路牵引动力分为蒸汽、内燃和电力3种。蒸汽牵引热效率低，牵引重量小，乘务员工作条件差，环境污染严重，但机车构造简单，造价低，目前在中国仍发挥着重要作用。内燃和电力牵引主要特点是功率大，效能高，劳动条件好，但造价高，在中国已有30年发展历史。世界一些发达国家分别用了1015年时间，于6070年代先后完成了以内燃和电力牵引取代蒸汽牵引的改革。铁路电气化、内燃化是实现铁路现代化的重要组成部分。影响牵引动力布局的地理条件主要有：自然条件。铁路所经地区的地形和水源供应；沿线能源资源种类及开发供应状况；地区经济发展所引起的客货运输需求特征及生产布局状况。根据自然条件有利、技术先进、经济合理的原则，各种牵引方式的适宜范围为：电力牵引适宜在运量大、提高铁路能力显著、节约能源和经济效益好的干线及运量较大、坡道长的线路上采用。内燃牵引适宜在运景较大、蒸汽牵引不适应，电力牵引又不经济的线路上和主要编组站内采用。在运量较小，煤、水条件较好的线路上仍可保留蒸汽牵引。由于中国的国情和投资能力，中国牵引动力改革仍需相当长的时期才能完成。1.3电力牵引的优越性电力机车是一种通过外部接触网或轨道供给电能，由牵引电动机驱动的现代化牵引动力。其优点是：清洁无污染，电力机车的动力源于电能，无任何有害排放物，是理想的环保型轨道交通运输工具。功率大，速度快。蒸汽机车和内燃机车由于受结构的限制，功率受到影响，而电力机车的功率则相对较大，加之电网容量超过机车功率的很多倍，使得现代电力机车向重载、高速方向发展成为现实。热效率高，成本低。电力机车的平均热效率为26，远高于蒸汽机车，也高于内燃机车，同时无非生产性消耗，运输成本低，经济效益高。综合利用资源，降低能源消耗。我国有丰富的水利资源可供发电。另外火力发电厂也可利用一些劣质燃料发电，做到资源综合利用，节约大量的优质燃料。维修便利，成本低。电力机车上主要是一些电气设备，因此具有保养容易、维修量小、检修周期短等特点。工作条件舒适。电力机车乘务员的工作条件比起蒸汽机车乘务员在劳动强度、工作环境、噪声、采光、振动等方面都有很大改善，也优于内燃机车乘务员。适应能力强。电力机车不同于蒸汽机车和内燃机车，运行中没有水消耗，不影响其在无水区和缺水区运行。铁路牵引动力的生力军电力机车。因为本身不带原动机，所需电能由电气化铁路供电系统的接触网或第三轨供给，是一种非自带能源，由牵引电动机驱动车轮的机车。电力机车具有功率大、速度快、过载能力强、牵引力大、为此，可以提高列车运行速度和承载重量，大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。电力机车起动、加速快，爬坡能力强，工作不受严寒的影响，运行时可靠、节能、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、无煤烟不污染环境，能采用再生制动，便于实现多机牵引，所以在运输繁忙的铁路干线和隧道多、坡度陡的山区线路上能更能发挥优越性。此外，电力旅客列车，可为客车空气调节和电热取暖提供便利条件。但电力机车由于受电气化铁路供电系统的限制，加上前期工程基本建设投资大，所以，当今应用不如柴油机车和已退役的蒸汽机车那样广泛，随着社会物质水平不断加强，环保、节能可持续发展观念的深入，及城市地下铁路建设步伐的加快，电力机车发展前景良好，铁路牵引动力的生力军的称号当仁不让。1.4电力机车的发展电力机车起步于荷兰，1835年荷兰的斯特拉延和贝克尔两人就试制以电池供电的二轴小型铁路车辆。1842年苏格兰人r.戴维森首先造出一台电动机极原始，只能勉强工作电力机车。1879年德国人w.von西门子驾驶一辆他设计的小型电力机车，由外部电源150伏直流发电机供应，通过两轨道中间绝缘的第三轨向机车输电，并拖着乘坐18人的三辆车，在柏林夏季展览会上表演，电力机车的实验首次成功。1890年英国伦敦首先用电力机车牵引车辆，营业于5.6公里长的一段地下铁道上。在1895年美国采用675伏直流电，自重97吨，功率1070千瓦电力机车，应用在巴尔的魔铁路隧道干线区段。19世纪末，德国对交流电力机车进行了实验，1903年德国三相交流机车创造了每小时210.2公里的高速记录。这样，电力机车作铁路牵引动力的新军奋勇突起。电力机车于1914年来到我国，在抚顺煤矿使用1500伏直流电力机车。干线铁路电力机车采用单相交流250000伏50赫电流制。我国第一台电力机车于1958年诞生于湖南株洲，命名为“韶山”，以引燃管整流型的电力机车，为我国铁路步入电气化立下了汗马功劳。1968年改用硅整流器成功，称“韶山1”型，持续功率为3780千瓦。近年来干线电力机车向大功率、高速、耐用方面发展，客运电力机车速度已从每小时160公里增加到200公里，并向250公里迈进。电力机车由机械部分、电气部分和空气管路系统三部分组成。（1）为机械部分，包括走行部和车体。走行部是承受车辆自重和载重在钢轨上行走的部件，由2轴或3轴转向架及安装在转向架上的基础制动装置、轮对和轴箱、齿轮传动装置、弹簧和牵引电动机悬挂装置组成。车体用来安排各种设备和乘务人员的工作场所，由底架、司机室、台架、侧墙和车顶等部分组成。司机室设在车体的两端，与走廊相通。司机室内安装控制设备，如司机控制器、制动饭、按钮开关、监测仪表和信号灯等。两司机室之间用来安装机车的全部主要设备，有时划分成小室，分别安装辅助机组、开关设备、换流装置以及牵引变压器等。部分电气设备如受电弓、主断路器和避雷器等则安装在车顶上。车钩缓冲装置安装在车体底架的两端牵引梁上。车体和设备的重量通过车体支承装置传递到转向架上，车体支承装置并起传递牵引力与制动力的作用。（2）为电气部分，机车上的各种电气设备及其连接导线。包括主电路、辅助电路、控制电路以及它们的保护系统。主电路：电力机车的最重要组成部分。它决定机车的基本性能，由牵引电动机，与其相连接的电气设备和导线共同组成。主电路电压为牵引电动机的工作电压，或者接触网的网压，其电路流过牵引负载电流全部。主电路将接触网上的电能转变成列车牵引所需的牵引动力，为电力机车上的高电压、大电流的动力回路。由于全国制造的电力机车电压较复杂，不便于国际间铁路联运过轨。近年来国际上已定出几种电力机车用标准电压。直流电压为600伏（非优先选用）、750伏、1500伏和3000伏。单相交流电压6250伏（非优先选用）、工频50或60赫，电压15000伏、工频赫，电压25000伏、工频50或60赫等几种。辅助电路：供电给电力机车上的各种辅助电极的电气回路。辅助电机驱动多种辅助机械设备，如冷却牵引电动机和制动电阻用的通风机，供给各种起动器械所需压缩空气的压缩机等。辅助电机可以是直流的，也可以是异步的。控制电路：由司机控制器和控制电器的传动线圈和联锁触头等组成的低压小功率电路。控制电路的作用是使机车主电路和辅助电路中的各种电器按照一定的程序动作。这样，电力机车即可按照司机的意图运行。保护系统：保证上述各种电路的设施。（3）为空气管路系统，按用途可分为：供给机车和车辆制动所需压缩空气的空气制动气路系统。供给机车电气设备所需压缩空气的控制气路系统。供给机车撒砂装置、风喇叭河刮雨器等辅助装置所需压缩空气的辅助气路系统。接触网供给机车的电流由直流和交流两种。由于电流制的不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。直-直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为1500v或3000v，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。 交-直流电力机车在交流制中，目前世界上大多数国家都采用工频（50hz)交流制，或25hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25kv工业频率单相交流串励电动机，把交流电变成直流电的任务，由在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建设投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交-直流电力机车。交-直-交电力机车采用直流串励电动机的最大优点就是雕塑简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体积也较大。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途。德国制造的“e120”型电力机车就是这种机车。改革开放以来，我国铁路实现了历史性的大发展，机车车辆制造业的生产规模、产品水平和品种数量基本适应了铁路运输市需求，形成了具有自主知识产权的时速200公里以下铁路机车车辆产品系列，初步形成了“产、学、研、用”紧密结合的技术开发体系。从蒸汽机到内燃机车再到电力机车，我国机车车辆成功完成了自己的机车车辆转型，截至2009年全国铁路机车拥有量达到1.9万台，其中和谐型大功率电力机车1752台。内燃机车占62.3%，电力机车占37.0%主要干线全部实现内燃、电力机车牵引。通过引进吸收再创新，我国已掌握了世界先进成熟的铁路机车车辆制造技术，大功率机车的核心技术已为我国所有，我国机车车辆制造工业现代化步伐得以加快。未来电力机车逐步取代内燃机车成为趋势。特别在我国，到目前电气化率达到45%左右，其承担的运输工作量比重将达到80%以上，并尽快实现大功率交流传动机车国产化。2013年以后，铁路电气化进程还将继续发展，电气化线路将继续延长，电力机车牵引完成运输工作量比重也继续提高，预计2020年电力机车牵引完成运输工作量比重将提高到90%-95%。为确保我国能源大动脉大秦线的运输，2013年12月26日，我国用自己研制的世界最大功率电力机车展示世界最大功率电力机车的装备优势，并载入世界铁路发展的史册。单台和谐1型八轴9600千瓦电力机车相比内燃机车每年可以节省运营成本50万元，减少相当于4000台小汽车的尾气排放量。该型电力机车投运后，我国电气化铁路将出现在大坡度条件下单机牵引5000至6000吨级货物列车的“大力神”，比普通机车的运载能力要高1000吨到2000吨。在大秦线共有220台和谐1型电力机车，已作为重载运煤列车的头等主力，它几乎承担了大秦线50%的年运量。所以这种机车不仅能实现快速重载运输，而且节能环保功效显著。和谐型大功率机车是我国具有完全自主知识产权，集成了当今世界大功率交流传动电力机车的高端和前沿技术，将是我国铁路未来客货运输主力机型，将逐步成为我国铁路的主要牵引动力。按照我国中长期铁路网规划和目前铁路建设的速度，预计到2013年，投入运营的大功率机车达到7900多台，到2020年，陆续投入的和谐型大功率电力机车将达到1万台以上。届时，大功率机车将覆盖主要干线我国铁路装备总体水平显著提高。2 电力机车传动2.1机车传动牵引电动机输出功率和转矩，必须传递到机车的轮轴上，才能发挥其牵引作用。传动装置就是实现电机到轮轴功率转矩传递装置(即机械传动)。 根据能量守衡能量从电机到轮轴功率转矩传递必然会损耗，所以传动装置的选择必然是至关重要的，然而齿轮传动几乎是现代电力机车传动装置的唯一形式。2.2齿轮传动的分类和比较（1）齿轮传动可分为：单侧齿轮传动和双侧齿轮传动.单侧齿轮传动有叫单边齿轮传动，双侧齿轮传动又叫双边齿轮传动。单侧齿轮传动的优点：牵引电动机的轴向尺寸可以加大，结构也比较简单，制造成本低。缺点：传动时轮对受到偏于一侧的驱动力，左右轮子的受力不同。双侧齿轮传动的优点：轮对受力均衡，左右轮子同时受到相同的驱动力，有利于提高运行品质。缺点：牵引电动机的轴向尺寸受到限制，结构复杂，制造成本增加。（2）根据齿轮种类:可分为斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮传动。单侧齿轮传动，一般用直齿轮，不用斜齿轮;双侧齿轮传动，一般用斜齿轮，不用直齿轮，而且双侧齿轮的旋向相反.这是因为:直齿轮在啮合传动时，其啮合力作用在齿轮的切向;斜齿轮在啮合传动时，其啮合力是沿轮齿法线方向的，不仅有切向分力，而且有较大的轴向分力，如图1.1所示。 图1.1 齿轮齿合力示意图单侧齿轮传动如果采用斜齿轮，其轴向力将可能引起轮对贴靠一侧钢轨运行;双侧齿轮传动如果采用直齿轮，在轮对组装是必须保证双侧齿轮大小形状对应的精确性。否则必然引起齿轮不能同时啮合或双侧齿轮啮合力不等的问题。采用斜齿轮，而且双侧齿轮旋向相反，则轴向力也相反，齿轮安装的误差可由轴向力差值引起的轮对微小横动来得到纠正，保证了双侧齿轮传动转矩的均匀性。（3）根据大齿轮轮心结构的：可分为弹性齿轮传动和刚性齿轮传动。大齿轮分为齿圈和齿轮心两部分，互相用弹簧或橡胶弹性地组装在一起，则成为弹性齿轮传动；大齿轮轮心如果制成刚性结构，则为刚性齿轮传动。至于小齿轮，一般都为刚性的。弹性齿轮传动的优点是:改善沿齿宽方向的应力分布；缓和来自钢轨的冲击， 啮合力的传递比较柔和；改善了牵引电动机的工作条件.其缺点是增加了齿轮结构的复杂性，增加了制造成本。刚性齿轮传动的优点是:结构简单，制造维修成本低。缺点是啮合条件差，齿轮磨耗大，传动冲击大，对牵引电动机不利。（4）传动比传动比是从动齿轮齿数和主动齿轮齿数之比。由于牵引电动机转数高，轮对的转数低，所以齿轮传动在机车上都是减速齿轮传动。减速齿轮传动，既可保持牵引电动机在高效率的转数范围内工作，有可以加大轮对的转矩，使机车在相同速度下充分发挥牵引力。因小齿轮强度，最小齿数及机车车辆限界对大齿轮的限制，一般电力机车齿轮传动传动比小于5。在选择齿轮的齿数和传动比时，必须力求齿轮工作能均匀协调.在电力机车上齿轮圆周作用力是经常变化不定的，而且主，从动齿轮轮齿的材质不同，表面硬化程度不同，因此，所选择的传动比的实质应当尽可能是个无理数，即无限不循环小数，或者是个无限循环的有理数.这样，一个齿轮上的每个齿轮将有机会同另一个齿轮上的所有齿轮啮合，以使轮齿得以均匀磨耗。例如:ss4改型电力机车齿轮传动比为88/21；ss9型电力机车传动比为77/31;ss7型电力机车齿轮传动比为75/32，都是这样有意安排的。一般高速客运电力机车的传动比取值偏低，货运电力机车传动比取值偏高。 2.3 齿轮传动的特点 齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可用从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，齿轮传动会产生噪音。需要专门设备制造，加工精度和安装精度较高，且不适宜远距离传动。3 电机悬挂装置的分类和比较 牵引电动机在机车上的安装，一般都采用弹簧悬挂的方法，以减小动作用力对电动机和线路的破坏作用.所以通常把牵引电动机在机车上的安装称为电机悬挂。3.1电机悬挂装置的分类分析 电机悬挂方式和传动装置有着不可分割的关系.不同的电机悬挂方式，传动装置也不同。牵引电动机的悬挂方式大致可分为轴悬式，架悬式，体悬式三类.轴悬式又称为半悬挂式，可分为刚性轴悬式和弹性轴悬式两类.架悬式和体悬式又称为全悬挂式。3.1.1刚性轴悬式电机悬挂牵引电机的一端经抱轴瓦或滚动轴承刚性地支承在车轴的抱轴颈上-抱轴端；另一端弹性地悬挂在转向架横梁上悬挂。这种悬挂方式结构简单，检修容易，拆装方便，在荸荠吊机车车体的情况下，牵引电动机可以在落轮坑内卸下，工作可靠，制造容易，成本低廉，广泛应用于国内外电力机车上。 其缺点主要有两点:一是簧下重量大(牵引电机约一半的重量，属于簧下死重量)，轮轨动载荷大;而是来自线路的冲击，直接传至牵引电机，电机垂向加速度大，影响其工作可靠性及使用寿命.这一点在高速机车上表现尤其严重.通常认为，机车最大运用速度超过140160km/h，就应该采用牵引电机全悬挂。随着机车速度的提高，刚性轴悬式电机悬挂机车，车轮垂向加速度及冲击增大，牵引齿轮副及牵引电动机工作条件更为恶化，为改善这种情况，可采取两种措施：滚动抱轴承及弹性大齿轮。滚动抱轴承与滑动轴承相比，轴承的颈向间隙小，改善牵引电机的啮合条件，延长齿轮的使用寿命，提高轴承的工作可靠性，减小了维修工作量和维修成本。把牵引大齿轮改为弹性大齿轮，可以缓和来自线路的冲击，改善牵引齿轮副的接触状况，减小了牵引齿轮的磨耗，降低牵引电动机故障率。其缺点是：结构复杂，制造成本高，橡胶弹性元件有一定使用期限，必须定期检查更换。刚性轴悬挂的结构是牵引电动机的一端经抱轴瓦或滚动轴承刚性地支承在车轴的抱轴颈上抱轴端；另一端弹性地悬挂在转向架构架横梁上悬挂端。ss3b型及ss4改型采用的是刚性轴悬式方法。随着机车速度的提高，刚性轴悬式电机悬挂的车轮垂向加速度及冲击增大，齿轮副及牵引电动机工作条件更加恶化，为改善这种情况，可采取两种措施：滚动抱轴承及弹性大齿轮。ss4b型、ss7型及“和谐”型机车都采用了滚动抱轴式半悬挂3.1.2弹性轴悬式电机悬挂 弹性轴悬式的结构与刚性抱轴式相似。牵引电动机的一端悬挂在转向架上，另一端仍通过抱轴承支承，但抱轴承不是直接支承在车轴上，而是支承在车轴外面套装的空心轴上，从动大齿轮也是固定在空心轴的端部。空心轴的两端再通过弹性元件支承在轮心上。牵引电动机传至齿轮的力矩通过空心轴、弹性元件传至轮对。空心轴随车轴一同旋转。因此，装在轮心上的弹性元件既要支承牵引电动机约一半的重量及空心轴和大齿轮重量，还要传递牵引电动机传来的力矩。由于牵引电动机的一半重量还是支承在轮对上，但中间经过了弹性元件，故称为弹性轴悬式。这中悬挂方式的优点是：减轻了动作用力的危害，有利于延长电机寿命和齿轮啮合，也有利于提高机车的黏着性能。3.1.3架悬式电机悬挂架悬式的牵引电动机全部悬挂在转向架上。因此牵引电动机全部重量属于簧上部分，这就大大见效了簧下死重量，适应了高速运行的需要。同时，因线路不平顺和冲击所引起的垂向和横向加速度，不会直接传到牵引电动机和牵引齿轮副，电机和齿轮副的工作条件大为改善，故障率减少，工作寿命延长。架悬式悬挂的技术难题，是如何可靠地解决齿轮传动的啮合问题。因此牵引电动机布置，在转向架上，它的振动规律不一致，而大齿轮又必须装在轮轴上，在这种情况下怎样保证齿轮啮合的可靠性，的确是件困难的事。解决架悬式电机悬挂的齿轮传动问题，各国采用的结构方案很多。按驱动装置中弹簧连轴器的布置位置，架悬式驱动装置可分为三大类。轮对空心轴一级驱动装置图2.1 架悬式驱动装置分类弹簧连轴器置于空心轴与轮对之间，空心轴包在车轴外面，大齿轮直接固装在空心轴上，大齿轮的扭矩直接由空心轴两端经弹性弹簧连轴器传至左右轮对。轮对空心轴两级弹性驱动装置 一个弹簧连轴器连结大齿轮轮心与空心轴端部，另一个弹簧连轴器置于空心轴另一端与车轮轮心之间。大齿轮的扭矩经弹性连轴器驱动空心轴，空心轴另一端又经弹簧连轴器把扭矩传给该侧车轮，在通过车轴传至另一侧车轮。电机空心轴驱动装置弹簧连轴器布置在扭轴端部与小齿轮之间，扭轴伸在空心的电枢轴内，扭轴内端通过齿轮连轴器与空心电枢轴相连。牵引电动机产生扭矩经过空心电枢轴、齿轮连轴器、扭轴、橡胶连轴器、小齿轮、大齿轮传给轮对。由上可知，不论采用哪种方案，都不可避免地带来了传动结构复杂，工艺要求高，制造和维修困难增加，成本加大等问题。架悬式的牵引电动机全部悬挂在转向架构架上。因此牵引电动机全部重量属于簧上部分，这就大大减小了簧下死重量，适应了高速运行的需要。同时，电机和齿轮副的工作条件大为改善。不同的电机悬挂方式，其驱动装置也就不同，采用架悬式电机悬挂现有两种驱动形式：轮对空心轴架悬式驱动和电机空心轴架悬式驱动。ss7e型、ss8型及ss9型电力机车采用的是轮对空心轴全悬挂方式。牵引电动机的两端均通过弹性吊挂与转向架构架横梁相连，并在车轴上加上了一根空心轴，其一端通过弹性元件（六连杆机构和橡胶关节）与轮连接，另一端同样通过弹性元件与驱动大齿轮连接。3.1.4体悬式电机悬挂体悬式的牵引电动机全部或大部分悬挂在车体上。高速机车的最大运行速度超过200250km/h时，为进一步改善机车的动力学性能，通常把牵引电动机悬挂在车体的底部，使其成为二系弹簧以上的重量。转向架的重量、转动横量就大为减小，更容易保持保持转向架高速时的蛇行稳定性，对减轻轮轨的垂向及横向动载荷也有帮助。法国tgv动力车的驱动装置。牵引电动机悬挂在车体上，其扭矩通过齿轮箱、万向轴、小齿轮、大齿轮传至轮对。随着我国铁路运输事业的发展，客运列车的运行速度和货车列车的牵引重量均将日益提高。铁路第六次大面积提速、动车组的出现和城际铁路的开通都标志着我国铁路向重载和高速方向发展。为了减小簧下重量，减轻动作用力的危害，延长电机寿命和齿轮啮合，提高机车的黏着性能。电机悬挂必然向弹性体悬式方向发展。但是，如何可靠地解决齿轮传动的啮合问题一直是困扰体悬式电机悬挂的技术瓶颈。弹性体悬式电机悬挂的应用任重道远。就现实而言，不论采用哪种方案都不可避免地带来了传动结构复杂，工艺要求高，制造和维修困难增加，成本加大等问题。3.2电机悬挂的比较分析3.2.1 ss4改型电力机车齿轮传动装置和电机悬挂装置ss4改型电力机车齿轮传动装置ss4改型电力机车齿轮传动装置采用双边刚性斜齿轮传动，包括大齿轮、小齿轮和齿轮箱。它的作用是将牵引电动机产生的转矩通过大小齿轮的啮合传递给轮对，产生牵引力或制动力（电气制动工况）。小齿轮小齿轮安装在牵引电动机电枢轴两端。为了方便拆装和防止电机轴拉伤，电机轴和小齿轮内孔用1：10的锥度通过过盈配合连接在一起。拆卸小齿轮时将专用油泵油嘴旋入电机轴端面带有大倒角的螺孔内，用螺栓加挡板挡住小齿轮，以免小齿轮脱开时碰伤或发生人生伤亡事故，然后压动油泵可把小齿轮自动退下。大齿轮大齿轮由齿圈和齿轮心组合而成。齿轮心材质为zg230450铸钢件。齿圈和齿轮心为过盈紧配合，其过盈量为0.80.9mm。在装配时，应注意两者配合面的锥度必须同向，齿圈和齿轮心组装时，把齿圈加热至200度以下，套在齿轮心上然后加工、滚齿、倒角、中频面淬火、磨齿、检查。大齿轮与轮心轮毂组装为过盈紧配合，在冷态下压装过盈量为0.370.40mm，压力值为500800kn。齿轮箱为了对齿轮进行润滑几防止尘土、沙石的污物对齿轮的侵袭，将大小齿轮 封闭在齿轮箱内。齿轮箱由上箱和下箱组成。箱体均为低炭刚焊接结构，侧板为5mm，盖板为3mm。为了使齿轮副在工作时箱体内压力与大气压力平衡，在齿轮箱上箱盖板上焊接手把形状的气孔两个，同时该件还可用于吊装齿轮箱箱体，在下箱体底部和内侧安装有螺堵和验油阀，旋开下部放油螺堵可放油；验油阀上部设置可以开启的密封性能良好的 阀盖，打开阀盖可观察油位和加润滑油。为防止上下箱合口处漏油，在上箱侧板四周焊装内外挡板，在大领圈处焊装两个挡油槽，上下箱组装前在内外挡板中间加聚氨酯密封垫和njya2聚氨酯胶黏剂。齿轮箱两个310mm和389mm孔为上下箱组装后整体加工而成，以防止上下两半圆形领圈错位，引起漏油。两个310mm的孔与电机外壳组装时用橡胶圈进行密封，389mm孔与大齿轮轮毂相配合处用聚氨酯毛毡条进行密封，这种材料黏结性能好，耐油，固化后具有良好的弹性、耐磨性和抗老化性，并具有一定的抗拉强度，可防箱体外的水、灰尘等污物进入箱体内。上下箱组合成整体时用4根m2075mm的螺栓固定在电机端部外壳上，使两者之间固定连接，不产生相对位移。ss4改型电力机车电机悬挂装置ss4改型电力机车牵引电动机为抱轴式半悬挂（刚性轴悬式）。一端通过抱轴承刚性的支承在轴上，另一端靠电机悬挂装置吊在构架牵引梁电机悬挂座上，如图所示。电机悬挂装置一方面能承受电机静载荷（约为电机重量的一半），另一方面承受电机工作时产生的反力，同时在电机工作过程中，它可随电机纵向和横向自由摆动，并可缓和电机于构架间的振动。电机悬挂装置主要由防落板、销、吊杆、垫板、吊座、橡胶垫、螺母等零件组成。吊座为zg230-450铸钢件，用5个m2455mm的螺栓紧固在牵引电机下方的槽形安装座上。吊座上下圆盘内安放两个橡胶垫，在橡胶垫上下安放垫板。然后插入电机吊杆，在吊杆下部用m523mm的花螺母紧固，使橡胶垫有30kn的预压力，然后插入10100mm的开口销，以防螺母脱落，吊杆上部内装关节球轴承，用销与构架上的电机悬挂吊座相连，为防止销窜动，用卡板固定。组装完电机悬挂装置后，在吊杆销套和球轴承间注入润滑油脂，落车后还要检查防落板上平面与牵引电机外壳吊耳下平面的垂向间隙20mm，防落板端部与电机外壳间间隙10mm，且与吊耳的纵向搭接量20mm。抱轴箱通过左右两个抱轴承刚性地支承在车辆两端的抱轴颈上，抱轴承及润滑装置的结构。抱轴承为剖分式，采用滑动轴承，每个半瓦由铜瓦背和巴氏合金组成（约为3mm厚）。在每副抱轴承下轴瓦及油箱底座开有方孔，集油器毛刷上的毛线可以穿过方孔压在抱轴颈上，以便对轴承进行润滑。油箱内存储有润滑油，油箱盖上有油尺，用它检查存油量的多少。润滑油靠毛细管作用被毛线吸上去，润滑轴颈表面。为了保证毛线贴靠车轴轴颈，装设了集油器，利用杠杆机构将其压紧。润滑油在润滑轴颈后，仍然流回油室内。在油箱底部设有排油堵，可定期排出污油，更换新油。为了保证瓦面有一定量的油膜，不至于产生热轴或烧损巴氏合金，保证齿轮的正常啮合，轴瓦与车轴轴颈间间隙要求在0.250.4 mm之间。随着机车运行，轴瓦逐渐磨耗，间隙也越来越大，当轴瓦间隙1 mm时，必须重新挂合金或换瓦。3.2.2 ss9型，ss7e 型电力机车传动及电机悬挂装置ss9型，ss7e 型电力机车的传动及电机悬挂装置结构相同，下面以ss9型电力机车为例来介绍。ss9型电力机车牵引电机采用架悬式悬挂后，为适用电机与轮对之间垂向及横向运动位移，并平稳地把牵引电机产生的扭矩传递到轮对，转向架采用了轮对空心轴传动系统。轮对驱动装置主要包括轮对组装，齿轮空心轴传动装置，牵引电机，轴箱组装，齿轮箱组装，接地装置等6部分。ss9型电力机车电机齿轮传动系统包括牵引电机，齿轮空心轴传动装置，齿轮箱组装等部件。.传动装置：齿轮空心轴传动装置连接牵引电机与轮对。要求齿轮空心轴传动系统有多大的径向刚度，以传递牵引电机的扭矩传递到轮对，机车运行时避免轮对驱动系统产生黏滑振动；同时要求其大小的垂向及横向刚度及较大的位移补偿能力以适用机车的垂向，横向振动位移。 齿轮空心轴传动装置安装在牵引电机与轮对之间，主要由主，从动齿轮，传动轴承，连杆，空心轴，传动盘，空心轴套，橡胶关节，传力销等组成。主动齿轮主动齿轮采用20crmnmoa低碳合金钢，加工后进行齿顶修缘及齿向修形，以抵消齿轮的加工，安装误差及变形，以改善齿轮的承载能力和降低传动噪声的目的，延长齿轮的使用寿命。主动齿轮与电机轴采用过盈配合，装配时，通过加热主动齿轮到160190 。c后热套在电机轴上，在电机轴上的轴向进入量为1.62.2mm。从动齿轮从动齿轮由齿圈，齿轮心，传力销等组成，齿圈与齿轮心通过螺栓连接，齿圈采用15crni6低碳合金钢，加工后进行齿顶修缘处理。传动轴承传动轴承采用3e2002876qt，3e2092876qt两种轴承配对使用，装配前应选配两轴承的径向游隙，两轴承内圈安装在空心轴套上，采用间隙配合，中间用隔环分开。两轴承外圈安装在从动齿轮内孔里，采用过盈配合，其过盈量要求进行选配，两轴之间用隔环分开。轴承滚子及保持架上应涂上润滑脂，室内应加相当于轴承室总容量1/31/2的高速铁道iii型润滑脂。轴承两侧还装有密封环，防止齿轮油及灰尘等进入轴承室。空心轴套空心轴套是关键承载部件，承受复杂的交变载荷。其一端通过螺栓紧固在电机上，另一端安装传动轴承，在电机端还要安装电机悬挂臂及齿轮箱座。空心轴套材质采用高强度zg25mn铸钢。齿轮箱为了主，从动齿轮能有良好的润滑条件并防止异物进入，在主，从动齿轮外面装有齿轮箱，齿轮箱内有18号双曲线齿轮润滑油，冬季或北方寒冷地区采用美孚齿轮油shc220润滑齿轮。齿轮箱通过螺栓固定在电机及空心轴套上。齿轮箱由上箱，下箱，放油堵，呼吸器等组成。上，下箱由压型钢板焊接成型，箱体上有各种安装座，焊完后进行整体退火，消除焊接内应力。上，下箱通过螺栓连接后进行整体加工，保证齿轮箱整体的尺寸精度。在齿轮箱上部装有呼吸器，以防齿轮箱内油压过高造成齿轮箱密封处漏油。在齿轮箱下部装有放油堵及加油堵，以便放掉废的齿轮油及给齿轮箱加油，在加油堵上装有油标尺以检查齿轮箱油位。双侧六连杆万向节传动系统大齿轮通过轴承安装在固定空心轴套上，在大齿轮轮心上设置了6个传力销。双侧六连杆万向节传动系统由下列零部件组成:传力销，弹性元件，连杆，传动空心轴，传力盘，固定空心轴，密封环和轴承。电机传动装置采用一级直齿齿轮传动，把牵引电机输出轴的转矩，通过从动齿轮上的6个传力销传至六连杆空心轴，再通过主车轮的6个传力销传到轮对.电机转矩传递路径:主动齿轮从动齿轮传力销橡胶关节连杆传力销橡胶关节空心轴传动盘传动盘橡胶关节传力销主车轮车轴车轮.制动扭矩传递路径:主车轮传力销橡胶关节连杆传动盘传力销空心轴传力销橡胶关节连杆橡胶关节传力销从动齿轮主动齿轮电机输出轴。电机悬挂装置：转向架的电机悬挂方式为轮对空心轴全悬挂。电机前端通过固定在固定空心轴套上的悬挂臂支撑在架构前端梁或者中间横端梁上的八字槽内.电机悬挂装置主要由心轴：悬挂臂，悬挂座，心轴；托板等组成。电机悬挂装置除承受电机全部载荷外，还要承受大小齿轮，固定空心轴，齿轮箱，传动轴承的重量，与大齿轮相连的六连杆，传动盘，空心轴的一半重量，使它们成为簧上重量，大大降低簧下重量，以降低机车运行时的轮轨动作用力，改善机车的动力学性能。心轴(一)由心轴，球铰组成.它压装在悬挂臂端头的孔内，一端靠弹簧挡圈使其固定在悬挂臂上。心轴(二)与心轴(一)基本相同，但心轴两端为方轴，而心轴(二)的心轴两端为八字形梯形轴。悬挂臂与悬挂座均为铸钢件悬挂臂另一端有6个32mm的螺栓孔，用于悬挂臂与固定空心轴的连接。悬挂臂前端用托板托住心轴：与构架前端梁或中间横梁上的电机支座相连。电机后端用8根m24螺栓固定2个悬挂座，悬挂座的另一端靠组装在它上面的心轴；与构架横梁或者后端梁相连。电机悬挂装置的调整是通过调节在心轴：与构架前端梁或者中间横梁上的电机悬挂座的方形槽内的调整垫的方式来实现的。用增减调整的数量，规格（当然应尽可能使调整垫的数量为最小）来保证活动的空心轴与车轴之间的间隙均匀。空心轴与车轴之间的同轴度应控制在5mm以内。3.2.3 ss4改型电力机车与ss8型电力机车传动及电机悬挂装置的比较 ss4改进型电力机车是在ss4、ss5和ss6型电力机车的基础上，吸收了8k机车一些先进技术设计的。 ss4改进型电力机车是由各自独立的又互相联系的两节车组成，每一节车均为一完整的系统。它电路采用三段不等分半控调压整流电路。采用转向架独立供电方式，且每台转向架有相应独立的相控式主整流器，可提高粘着利用。电制动采用加馈制动，每台车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半桥式整流器供电。机车设有防空转防滑装置。每节车有两个b0转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，电机悬挂为抱轴式半悬挂，一系采用螺旋圆弹簧，二系为橡胶叠层簧。牵引力由牵引梁下部的斜杆直接传递到车体。空气制动机采用dk-1型制动机。 ss4改型电力机车牵引电动机为抱轴式半悬挂(刚性轴悬式承在轴上，另一端靠电机悬挂装置吊在构架牵引粱电机悬挂座上。 电机悬挂装置一方面能承受电机静载荷(约为电机重量的一半，另一方面承受电机工作时产生的反力，同时在电机工作过程中，它可随电机纵向和横向自由摆动，并可缓和电机与构架间的振动。电机悬挂装置主要由防落板、销、吊杆、垫板、吊座、橡胶垫、螺母等零件组成。 吊座为zg230450铸钢件，用5个m24x55mm的螺栓紧固在牵引电机下方的槽形安装座上吊座上下圆盘内安放两个橡胶垫，在橡胶垫上下安放垫板。然后插入电机吊杆，在吊杆下部用m52k3mm的花螺母紧固，使橡胶垫有30kn的顶压力，然后插入10x100mm的开口销，以防螺母脱蒋，吊杆部内装关节球轴承，用销与构架上的电机悬挂吊座相连，为防止销窜动，用卡板固定。抱轴承为剖分式，采用滑动轴承，每个半瓦由铜瓦背和巴氏合金组成(约为3mm厚)。在每副抱轴承下轴瓦及油箱底座开有方孔，集油器毛刷上的毛线可以穿过方孔压在抱轴颈上，以便对轴承进行润滑。油箱内储存有润滑油，油箱盖上有油尺，用它检查存油量的多少。润滑油靠毛细管作用被毛线吸上去，润滑轴颈表面。为了保证毛线贴靠车轴轴颈，装设了集油器，利用杠杆机构将其压紧。润滑油在润滑轴颈后，仍然流回油室内。在油箱底部设有排油堵。ss8型电力机车牵引电动机采用轮对空心轴全悬挂(架悬式)，双侧六连杆万向节传动系统。齿轮传动装置 采用单侧直齿轮传动。由大齿轮(从动齿轮)和小齿轮(主动齿轮)组成。它的作用是将牵引电机产生的转矩，传递给六连杆传动系统。为了便于拆装和防止电机与齿轱结合面拉伤，电机轴和小齿轮内孔用l套过盈配合连结一起。拆卸小齿乾工艺要求与ss4改型电力机车相同。大齿轮由齿圈、齿轮心、圆锥销、螺栓和传力销等组成。齿圈和齿轮心通过螺栓和圆锥销紧固在一起。在齿圈和齿轮心组装后，六个传力销经冷冻后组装在齿轮心上。齿轮箱 齿轮箱由上箱、下箱、螺座、油标尺和放油堵组成。其结构和组装工艺与ss4改型机车基本相同。双侧六连杆万向节传动系统大齿轮通过轴承安装在固定空心轴套上，在大齿轮轮心上设置了6个传力销，从小齿轮传蛤大齿轮的电机转矩就是通过这6个传力销传至六连杆传动系统，再通过主轮心上的6个传力销传到轮对。双侧六连杆万向节传动系统由以下零部件组成：传力销、弹性元件、连杆、传动空心轴、传力盘、固定空心轴、密封环和轴承。电机产生转矩后通过小齿轮传至大齿轮，然后按以下传递途径传递：传力销弹性元件连杆活动传力销弹性元件传动空心轴传力销传动盘弹性元件活动传力销连杆弹性元件传力销主轮心轮对。空心轴套支承大齿轮，并用螺栓安装在电机机座上，形成固定空心轴抱轴箱结构。电机悬挂装置ss8型机车的电机悬挂方式为轮对空心轴全悬挂。前端通过固定在固定空心轴上的悬挂臂支承在构架前端梁上，电机后部通过固定在电机上的两个悬挂支座固定在构架牵引粱的上平面上。电机悬挂装置除承受电机全部载荷外，还要承受大小齿轮，与大齿轮相连的六连杆，固定空心轴、齿轮箱、齿轮轴承和活动空心轴的一半重量，使它们成为簧上重量，大大降低簧下重量，以获得机车良好的动力学性能。电机悬挂装置由连接杆(一)、悬挂臂、两个悬挂座和连接杆(二)等组成。连接杆(一)由心轴、球铰组成。它压装在悬挂臂端头的孔内，一端靠弹簧挡圈使其固定在悬挂臂上。连接杆(二)的结构形状与连接杆(一)基本相同，但连接杆(一)的心轴两端为方轴，而连接杆(二)的心轴两端为八字形梯形轴。悬挂臂和悬挂座均为祷钢件。悬挂臂另一端有6个32mm的螺栓孔，用于悬挂臂与固定空心轴的连结。悬挂臂前端用托板托住，连结杆(一)与构架前端粱电机支座相连。电机后端用8根m24螺栓固定两个悬挂座，悬挂座的另一端靠组装在它上面的连结杆(二)与构架枕梁相连。电机悬挂装置的比较：与ss4改型电力机车牵引电动机为抱轴式半悬挂（刚性轴悬式）相比，ss8型电力机车的轮对空心轴全悬挂电机悬挂装置，除承受电机全部载荷外，还要承受大小齿轮，固定空心轴，齿轮箱，传动轴承的重量，与大齿轮相连的六连杆，传动盘，空心轴的一半重量，使它们成为簧上重量，大大降低簧下重量，以降低机车运行时的轮轨动作用力，改善机车的动力学性能。齿轮传动装置的比较：与ss4改型电力机车齿轮传动装置采用双边刚性斜齿轮