电机与轮对的传动方式.docx

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电机与轮对的传动方式

电机与轮对的传动方式

电机与轮对的传动方式

电机传动的方式有，直流—直流电传动（DC—DC）、交流—直流电传动（AC—DC）、交—直—交流电传动（AC—DC—AC）。

DC—DC的直流电传动，需要直流电动机、直流输电，或者直流发电机。

可是直流电太简单，电压和电流极易受到电阻的影响，能量在传送过程中，可能就大大地损耗造成浪费，为了减少电阻的损耗，直流电的电网又要使用粗大的电缆，就会消耗大量有色金属。

所以，目前中国的电气化铁路是早已不再使用直流电网了，直流—直流的电传动，只有在短途的城市轨道运输中，一些地铁和轻轨的列车可能还在使用。

AC—DC的交流—直流电传动，仍然是使用直流电动机，可是发电、输电都不用直流电了，而是使用交流电的发电机，通过交流电网进行输电，只是连接直流电动机之前，要使用整流设备，变速同样是通过改变直流电的电压和电流，对直流电动机进行操作。

目前仍在使用的韶山系列电力机车，就全都是交流—直流电传动。

AC—DC—AC的交—直—交电传动，就是先把单相的交流电整流得到直流电，再把直流电变成三相交流电，用来开动三相交流异步电机。

他还是单相交流电的接触网，可是到了电力机车，就能够变成三相交流电，开动的三相异步电机，是相当理想的电动机，可是三相电机变速麻烦，这种电传动的应用也就相当晚。

另外还有单相交流电的电传动，接触网是单相交流电，电动机也是单相异步电动机，变速就直接改变交流电的频率，可是单相电动机运行没有三相电动机稳定，这也是交流传动电力机车急需解决的问题。

轮对传动方式

轮对驱动系统是转向架的重要组成部件，其主要作

用是把牵引电机输出的扭矩传递到轮对，货运电力机车

由于运行速度较低（最大速度不大于120km/h），轮对驱

动系统一般采用抱轴式悬挂方式，即牵引电机一侧通过

抱轴箱及轴承悬挂在车轴上，另一侧通过弹性体悬挂在

构架上，牵引电机通过一级齿轮减速传递牵引电机扭矩

到轮对。

抱轴式悬挂结构简单，经济实用，20世纪20年

代就已运用在法国的大功率电力机车上了。

随着现代科

学技术的进步与发展，该悬挂结构也在不断地变化改进，

其结构形式可分为双边传动、单边传动、带弹性联轴器的

驱动系统。

我国的SS1、SS3、SS4及原苏联引进的8G型货

运电力机车转向架采用双边传动驱动系统，SS4B、SS6、

SS6B、SS7及引进的6G、6K、8K、DJ1、HXD1、HXD2、HXD3

型货运电力机车转向架采用单边传动驱动系统，HXD1B、

HXD3B型货运电力机车转向架采用弹性联轴器的驱动系

统。

我国各型货运电力机车转向架驱动系统参数见表1。

表1我国各型货运电力机车转向架驱动系统参数

抱轴式悬挂结构的特点有：

1）能够适应轮对与构架

之间的各种运动与位移，与构架的弹性悬挂能够减少牵引电机的振动；2）结构简单，运用维护方便；3）机车簧

下质量较大，产生较大的轮轨作用力，限制机车的允许运

行速度。

2双边传动驱动系统

双边传动驱动系统结构见图1，是我国生产首台电力

机车时引进原苏联电力机车的轮对驱动系统，牵引电机

转轴两端装有齿轮，以传递牵引电机扭矩到轮对，大小齿

轮采用斜齿，左右齿轮的旋向相反。

牵引电机抱轴箱采用

轴瓦轴承，通过轴瓦支撑在车轴上。

该结构从SS1型机车

开始直到现在生产的SS3、SS4型机车还在运用，是我国

电力机车上应用最多的一种轮对驱动系统。

图1双边传动驱动系统

大齿轮由齿轮心与齿圈组成，齿圈过盈配合套装在

齿轮心上。

早期的轮对采用轮箍加轮心结构，大齿轮过盈

配合套装在长毂轮心上。

机车采用整体车轮后，大齿轮过

盈配合套装在车轴上，齿圈材料采用中碳合金结构钢，齿

面进行中频淬火；小齿轮采用低碳合金结构钢，齿面进行

渗碳淬火，小齿轮内孔是1∶10的锥孔，过盈配合套装在

牵引电机轴上。

大、小齿轮采用螺旋角大的斜齿轮，以提

高传动的运行平稳性，减少传动噪声。

两边斜齿轮旋向相

反，相互抵消了轴向力，电机轴承、抱轴承上不会增加轴

向附加载荷。

由于机车车辆限界（GB146.1）的限制，大齿轮的外径

（齿轮箱下部限界影响）不能太大，齿轮中心距及牵引电

机外径、功率均受到限制。

由于牵引电机与车轴之间的间

隙较小，抱轴瓦较滚动轴承的厚度尺寸较小，抱轴瓦的厚

度只有15mm，为了使同样内径的滚动轴承厚度达到40mm

以上，早期设计中选用抱轴瓦结构来满足大功率电机的

外形要求。

抱轴瓦由瓦背与轴衬组成，瓦背为铜铸件，轴

衬为一层薄的合金材料，安装前要在抱轴瓦上刮出网状

润滑油槽，以便在轴瓦与车轴结合面上形成润滑油膜。

抱

轴瓦使用黏度较小的稀油润滑，在运行时轴衬容易磨损

加大了轴承与车轴的间隙，影响牵引齿轮的正常啮合。

大齿轮安装在车轴上时，左右斜齿轮上的对应点在

圆周方向上的角度差（即相位差）应相等，使得同一轴上

的左右齿轮在转动时同步啮合受力。

小齿轮套装到牵引

电机轴上时，须使用工艺轮对，以保证两侧大小齿轮的准

确啮合、齿侧隙相同，使两侧齿轮的受力均匀。

齿轮箱采用钢板焊接结构，通过螺栓固定在电机与

抱轴箱上。

受空间尺寸的限制，齿轮上、下箱的接触面较

小，使用密封胶进行密封。

齿轮箱大、小领圈静密封使用

橡胶圈密封，大领圈动密封处采用简单的迷宫加毛毡结

构。

齿轮箱的密封效果一般，在运用过程中容易漏油。

齿

轮箱与抱轴箱在有限的空间内无法完全密封，抱轴箱中

的润滑油在运行中会窜到齿轮箱内，故齿轮箱也采用抱

轴瓦油润滑。

3单边传动驱动系统

该系统的牵引电机一侧通过抱轴箱圆锥轴承悬挂在

车轴上，另一侧通过吊杆及弹性元件悬挂在构架上，大、

小齿轮安装在牵引电机的一侧。

其与双边传动驱动系统

比较具有下列优点：

1）减少了一对大、小齿轮，在空间上

有较大的尺寸，可以加大牵引电机外径（提高电机功率）、

方便布置齿轮箱及密封结构；2）抱轴箱圆锥轴承比抱轴

瓦具有高的传动效率及工作可靠性，减少了系统的检

修、维护工作量。

3.1货运直流电力机车单边传动驱动系统

我国生产的SS6、SS6B、SS4B、SS7及引进的6G、6K、

8K型货运直流电力机车，都采用单边传动驱动结构，其

结构形式见图2。

图2货运直流电力机车单边传动驱动系统

斜齿轮传动在运转时会对牵引电机轴承、抱轴承产

生附加轴向载荷，降低轴承的使用寿命，所以我国直流传

动电力机车的大、小驱动齿轮都采用直齿传动，齿轮材料

为低碳合金结构钢，齿面进行渗碳淬火。

引进机车的大齿

轮都采用了整体齿轮，国产机车采用分体式大齿轮，通过

螺栓连接齿轮心与齿圈，以消除过盈套装引起的齿轮附

加应力。

大齿轮过盈配合套装在车轴上，小齿轮内孔过盈

配合套装在牵引电机轴上。

SS6及引进的6G型机车大齿轮采用弹性齿轮，其主

要特点是：

1）改善大、小齿轮的啮合状况，使得齿面受力

均匀，减少齿轮的磨损；2）减小线路不平顺对牵引电机的

冲击，降低牵引电机的故障率；3）结构复杂，弹性元件要

定期维护、更换，检修维护工作量大，成本高。

该结构没有

得到广泛的应用。

抱轴箱体采用铸造结构，箱体两端各有一个圆锥轴

承，该轴承过盈配合安装在车轴上，采用油脂润滑。

抱轴

箱通过螺栓与牵引电机联接成一体，运用过程中须定期

补脂及检查抱轴箱的横动量，如横动量超标则须加垫调

整。

机车在线路运行发生牵引电机、小齿轮故障使电机

转子固死时，可以把齿轮箱上、下箱取下或分开挂在电机

上，在抱轴箱与牵引电机之间加一垫片（垫片厚度大于一

个齿高）分开大、小齿轮，使机车能够运行并回段进行故

障处理。

3.2货运交流电力机车单边传动驱动系统

随着我国电力机车由直流传动到交流传动的发展，

牵引电机功率大幅提高，而质量与外形尺寸的减少为驱

动齿轮箱及密封的设计提供了条件，密封效果也大大提

高。

由于牵引电机转速及传递扭矩都有了大幅度的提高，

交流牵引电机的传动端轴承普遍采用齿轮油润滑，以改

善轴承的润滑条件，提高轴承的使用寿命。

HXD1型机车轮对驱动系统结构见图3，小齿轮外形

尺寸较小，故在牵引电机轴上的安装采用插入式，即小齿

轮轴通过过盈配合插入电机轴孔内。

大、小齿轮采用小螺

旋角的斜齿轮，齿轮的轴向力由牵引电机轴承及抱轴承

承受。

齿轮箱材料采用EN1706标准铝合金铸件，其下部

设有一个油位观察孔，便于检查油位，排油螺堵上装有磁

铁，吸附齿轮油中的铁屑。

齿轮箱采用阶梯式迷宫密封，

具有良好的密封效果，解决了机车齿轮油漏油的通病。

图3HXD1型机车轮对驱动系统

HXD3型机车轮对驱动系统结构见图4，大、小齿轮也

采用小螺旋角的斜齿轮，小齿轮内孔通过过盈套装在牵引

电机转轴上，大齿轮为整体锻造式结构过盈套装在车轴上。

齿轮箱、抱轴箱均采用EN1563中的EN-GJS-500-7U球

墨铸铁，具有足够的强度、刚度及抗冲击性能。

为保证机

车的安全运行和快速救援，齿轮箱小齿轮端有一可拆卸

端盖，需要时打开此盖，用液压泵把小齿轮拆卸下来，使

机车能够运行并回段进行故障处理。

图4HXD3型机车轮对驱动系统

HXD2、HXD2B型机车轮对驱动系统采用了一种新的

结构形式（见图5），牵引电机传动端小齿轮采用间支式安

装（见图6），它将牵引电机传动端轴承移到了小齿轮外

侧，延伸电机外端盖作为传动轴承的支座，消除了小齿轮

悬臂结构对电机传动轴承的影响，以改善传动轴承及齿

轮的受力状态，提高大、小齿轮啮合能力，减少齿轮的单

边磨损，延长轴承的使用寿命。

抱轴箱与传统结构形式一

图5HXD2型机车轮对驱动系统

图6牵引电机传动端小齿轮安装

-3-致，齿轮箱为铸造结构，上下分箱，抱轴箱体、齿轮箱材料

采用EN1563标准的球墨铸铁。

4带弹性联轴器的驱动系统

通过引进国外的先进技术，在HXD1B、HXD3B型机车

转向架上采用了一种新型的弹性联轴器驱动系统。

该系

统在西门子及庞巴迪公司的电力机车上经过了长期的应

用，具有非常成熟的运用经验，可大大减少电机轴弯曲引

起的齿轮偏载，改善齿轮、牵引电机轴承的受力条件，延

长其使用寿命，减少检修维护量。

HXD1B型机车驱动系统采用一级减速齿轮传动结构

（见图7）。

齿轮箱为承载式、垂直分箱结构，材料为EN1563标

准球墨铸铁，具有较好组织致密性及抗震减磨性能。

齿轮

箱分为小齿轮箱和大齿轮箱，采用多层迷宫密封，具有很

好的密封效果。

小齿轮两端通过NU圆柱轴承支承在小

齿轮箱上，其最外端还安装有一个球轴承，承受轴向载

荷；牵引电机转轴通过柔性联轴器与小齿轮联接，联轴器

有足够的刚度，且能适应各个方向的小位移并传递牵引

电机产生的驱动扭矩。

大齿轮通过齿轮毂安装在车轴上，

齿轮箱内齿轮及各传动轴承都采用齿轮润滑油（稀油）油

浴及飞溅润滑。

牵引电机与齿轮箱刚性连接成一个整体，

牵引电机传动端直接通过齿轮箱NU圆柱轴承支承在车

轴上，承受齿轮箱上的径向载荷；牵引电机非传动端则通

过抱轴箱球轴承支承在车轴的另一端，承受驱动系统的

径向及轴向载荷。

大、小齿轮均采用小螺旋角斜齿轮，材

料为EN10084标准的低碳合金渗碳钢，齿轮表面经过渗

碳热处理后硬度高、耐磨性好。

大齿轮由齿圈与齿轮心组

成，通过螺栓连接，联轴器一端与小齿轮端面联接，另一

端通过联轴器轴与牵引电机转轴内孔过盈联接，传递牵

引电机所产生的扭矩。

联轴器具有适当的抗弯、抗扭及轴

向、径向刚度，用以传递电机牵引扭矩，在负载情况下产

生微小变形，满足轴承的安装要求。

抱轴箱轴承采用球轴

承，通过润滑脂润滑，抱轴箱上设有注油孔，需要定期补

充润滑油脂。

HXD3B型机车也采用一级减速齿轮传动结构，牵引

电机进风口放在齿轮传动端，齿轮箱采用下部分箱，联轴

器的两半通过螺栓联接，齿轮箱采用NUP圆柱支承轴

承，承受齿驱动系统的径向及轴向载荷。

另一端抱轴承应

用NU圆柱轴承，承受驱动系统的径向载荷。

5结论

1）我国的货运电力机车采用抱轴悬挂方式，其直流

传动货运电力机车的最大运行速度为100km/h。

采用交

流传动技术后，由于牵引电机的质量减轻，降低了机车的

簧下质量，货运电力机车最大运行速度达到了120km/h，

国外机车的最大运行速度更是达到了140km/h。

2）现在普遍采用EN10084标准中的优质低碳合金钢

材料制造牵引齿轮，用渗碳淬火工艺进行齿面硬化，提高

了齿轮的强度、齿面的耐磨性和抗点蚀能力。

齿轮参数的

选择上采用小螺旋角的斜齿轮较多，有利于齿轮传动的

平稳性并降低传动噪声，但要考虑到斜齿轮的轴向力对

轴承的影响。

3）采用交流传动牵引电机后，齿轮箱由原来的钢板

焊接结构改为铸造结构，密封结构采用多层迷宫密封，泄

漏到迷宫内部的齿轮油还可通过回油孔返回到齿轮箱，

消除了齿轮箱漏油的隐患，提高了齿轮箱的运用可靠性，

减少了检修、维护工作量。

4）单边传动抱轴承一般采用能够同时承受径向载荷

和轴向力的圆锥滚子轴承。

采用带弹性联轴器的驱动系

统时，由于结构的需要一般采用一个圆柱轴承或深沟球

轴承同时承受径向载荷和轴向力，另外一个轴承采用只

承受径向载荷的NU圆柱滚子轴承。