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1、兰州交通大学毕业设计（论文）毕业论文机车驱动系统的设计及其运动分析摘 要机车驱动系统的设计及其运动分析是机车转向架设计及机车动力学研究的重要组成部分；同时，由于机车驱动系统的驱动电机等主要部件都布置在机车底部，工作条件恶劣，在输出动力的同时，将承受轮轨的强大冲击。随着铁路机车运行速度的不断提高，驱动系统的工作条件不断恶化，振动不断加剧，对驱动系统性能及机车运行性能的不利影响也愈加明显。为了保证列车高速运行时的高可靠性和绝对安全，必须对机车驱动系统进行更全面和深入的分析研究。目前架悬式轮对空心轴驱动机构运用于我国多种机车。因此，本文主要研究架悬式轮对空心轴驱动机构。在掌握三维参数化造型的基础之上
2、，运用SolidWorks三维设计软件，对架悬式轮对空心轴机构的主要零件进行了仿真设计，并对其进行了虚拟装配。完成的装配体就是论文研究的主要模型。运用虚拟样机技术，对架悬式轮对空心轴机构进行了运动仿真分析。通过对该机构的建模，掌握了该驱动机构的结构；通过对该机构的运动仿真分析，掌握了轮对空心轴机构的原理，了解了该机构的运动特性。关键词：机车，驱动系统，架悬，空心轴AbstractThe structural design and dynamics of the driving system have become an important part of the bogie design an
3、d locomotive dynamics. Further more, the main parts of the driving system are installed at the bottom of the locomotive, they will sustain the powerful strike of the rail/wheel force while they export power. So the operating conditions of the driving system are very servere, and the conditions will
4、get worse and the vibration of the driving system will deteriorate with the increase of the railway vehicle speed. All these will have a negative impact on the dynamic performance of the driving system and the locomotive. In order to ensure the reliability and safety of the locomotive, it is necessa
5、ry and important to make an intensive study on the dynamics of the driving system. Currently, bogie-mounted suspension of Wheelset Quill Shaft drive mechanism used in many of Chinas locomotive. Therefore ,this paper mainly on Wheelset Quill Shaft drive system.On the master 3D parametric modeling bas
6、is, the wheel suspension on the frame of the main parts of the hollow shaft body simulation were designed by using three-dimensional design software Solidworks, and finally assembled all of the parts. The completion of the assembly is the main model . Making a motion simulation for wheelset quill sh
7、aft and bogie mounted suspension mechanism by using virtual prototyping technology .By modeling the institution, grasps the structure of the drive mechanism; through motion simulation analysis of the institution, masters the principle wheel hollow shaft institutions and understands the motion charac
8、teristics of the institution. Key words:Locomotive,Driving System,Bogie-mounted motor,Wheelset Quill ShaftII目 录1 绪 论11.1 引言11.2 国内外研究现状21.3 论文研究的主要工作32SolidWorks软件及虚拟样机技术的介绍52.1 SolidWorks基础52.1.1 SolidWorks简介52.1.2 SolidWorks 术语72.2 虚拟样机技术93 架悬式轮对空心轴机构主要零件的造型及装配103.1 主要零件的设计过程103.1.1 车轮和车轴的设计103.1.
9、2 空心轴的设计123.1.3 齿轮箱的设计143.2 架悬式轮对空心轴机构的虚拟装配143.2.1 虚拟装配设计方法143.2.2 架悬式轮对空心轴机构的装配153.3 小结184 架悬式轮对空心轴机构的原理及其运动特性194.1 架悬式轮对空心轴机构的原理及结构194.1.1 架悬式轮对空心轴机构的主要元件194.1.2 轮对空心轴机构的原理204.2 架悬式轮对空心轴机构的运动特性204.3 小结24总 结26致 谢27参考文献28281 绪 论1.1 引言铁路运输具有占地省、运能大、节约资源、大气污染比较小、噪音小、安全性能好、比较准时、全天候运输等优点。所以，铁路运输行业一直在我国的
10、社会经济生活中都占有着重要的地位。转向架是机车的重要零部件之一，而机车的驱动系统则一般是直接安装在转向架上，对保证列车运行安全、改善走行的质量、降低轮轨摩擦动力作用、提高乘客的舒适度、降低噪声及污染等都有着极为重要的作用。随着机车运行速度的不断提高，速度的提高，对机车及转向架提出了更高的要求，尤其是在速度比较高的情况下，既要保证能够拥有良好的运行品质，又要能够保证有足够的运行的安全性。这就给转向架的设计、制造和试验过程带来了很大的难度。驱动系统又是机车提速的保障，所以伴随着机车的提速，驱动系统的研发相对而言就特别重要。驱动机构的作用是将传动装置（如齿轮装置）输出的功率传递给轮对。对于电力牵引传
11、动的机车，其驱动装置主要包括牵引电动机、牵引电机悬挂装置和减速齿轮箱等构成。传动装置的作用就是实现电机到轮轴功率和转矩传递的一种装置。电传动的机车驱动机构是一种减速设备、用来将高功率、小扭矩的牵引电动机来带动驱动阻力比较大的机车动轴。通常我们把牵引电动机在机车上的安装称为电机悬挂。其方式一般分为轴悬式、架悬式、体悬式三大类。论文主要探讨架悬式机车的轮对空心轴系统。架悬式牵引电动机通过吊臂全部悬挂在转向架的构架上面，适用于准高速列车，也用于重载货运机车上。电机架悬式主要的特点是牵引电动机固定安装在转向架的构架上，因而牵引电动机的质量属于簧上部分。架悬式的驱动机构主要包括电机空心轴驱动机构和轮对空
12、心轴驱动机构两种方式。电机空心轴的电枢轴是做成空心的，目的是为了增加扭轴的长度，这样就可以适应电动机轮对之间的所有方向的位移，最后由扭轴与电枢空心轴间的间隙得以补偿。电机空心轴驱动系统的弹性联轴器则是安装在空心的电枢轴和小齿轮之间。轮对空心轴驱动机构运用两级弹性双侧六连杆机构的模式，通过牵引电机架悬得以减轻簧下重量，这样就以满足机车在高速运行状态时对动力性能的需求。轮对与电动机就可以得到两级弹性的隔离，因此这种机构具有良好的动力学性能。轮对空心轴的单级弹性传动系统的弹性联轴器安装于空心轴与轮对之间，内空心轴包在车轴的外面，大齿轮直接固定安装在空心轴上；轮对空心轴的双级弹性传动系统则是增加了一个
13、弹性联轴器的单元：一个弹性联轴器联结大齿轮轮心与空心轴端部，另一个弹性联轴器置于空心轴的另一端与车轮轮心之间。其缺点是结构比较复杂。轮对空心轴传动机构主要应用于架悬式机车，德国ICE等体悬/半体悬式机车也有采用。按照驱动系统中关节联轴器的固定位置，可以将轮对空心轴传动系统大致可以分为三类:轮对空心轴一级弹性传动系统（图l-1（a）；轮对空心轴二级弹性传动系统（图1-1（b）；电机空心轴传动系统（图1-1（c）。 图1-1 空心轴传动系统的分类例如SS8型电力机车，就采用架悬式轮对空心轴驱动机构，有六组相同的轮对电机组装，每一台都逆置组装2组。轮对电机组装主要由牵引电动机、主动小齿轮、驱动装置、
14、齿轮箱以及轮对组成。其中轮对是由车轴、主车轮装配在一起、车轮、空心轴套、从动齿轮的装配、传动盘、空心轴、连杆销、连杆和橡胶关节等组成、牵引电机是通过止口定位，通过螺栓与空心轴套相连接，空心轴套是通过支座、螺栓和齿轮箱链接，组成一个刚性闭式框架结构。空心轴套上有两排短圆柱的滚动轴承支撑从动齿轮轮心。传动装置采用的是一级直齿齿轮传动，把牵引电动机输出轴的转矩，通过从动齿轮传递到空心轴，再通过主动车轮传递到轮对。1.2 国内外研究现状我国自1994年12月22 日在广州到深圳的路线上正式开通了160 km/h 的准高速列车之后，又在 1997 年 2004 年间进行了五次铁路旅客列车的大提速，这就促
15、使我国铁路旅客列车的运行速度在一个比较大范围内提高到140160km/h。我国自主开发研制的最先设计用于DF9和DF11 型内燃机车，之后又推广应用到SS7D、SS7E 、SS8、 SS9 型电力机车以及其它各类型机车上的电机架悬轮对空心轴式双级六连杆驱动机构的技术，在旅客列车提速的牵引机车上发挥了极为巨大的作用，对我国铁路事业作出了巨大的贡献。同时，经过对这许多年的提速运用、维护以及保养和检修的经验积累，可以说我们已完全掌握了这套 160 km/h 速度等级的电机架悬轮对空心轴式驱动技术的运用。我们可以将其称为我国第一代轮对空心轴式电机架悬驱动机构装置。我国第一代的轮对空心轴式电动机架悬驱动装置基本上也是模仿德国生产的 E120 机车驱动装置的结构。结合我国的具体国情，自主开发研制的完全拥有自主知识产权而且基本符合国际上目前电动机架悬技术发展趋势的一套崭新的结构。得益于它当年选型的准确，进而使得我国机车悬挂方式在电动机架悬技术这一领域内的发展少走了许多弯路，并极大地缩短了我国在该领域内与国外先进技术的差距。但是鉴于我国铁路运量巨大、机车轴重较大、材料的工艺基础性能差等特点，要让我国第一代的电机架悬驱轮对空心轴式动装置能满200 km/h 速度的运用要求是不可能完成的。我国有好多个型号的机车转向架都采用了架悬
