XM-1800铣磨车车轴齿轮箱“零侧隙”齿轮传动换挡机构设计

张志强 朱朝江 赵 俊

(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

0 引言

XM-1800铣磨车是一种钢轨在线养护大型设备，主要在运行过程中对线路钢轨进行连续铣磨，消除钢轨的侧磨、波磨、剥离、碾压层和裂缝等缺陷，对钢轨进行维护性轮廓修复，在处理病害较重的钢轨方面具有优势，作业效率较高，作业过程环保，火花飞溅少，利于防护[1]。车轴齿轮箱是整车关键部件[2]，采用液压驱动，将整车动力传递至轮对，驱动整车走行铣磨作业。走行传动机构的精准性和平稳性决定了铣磨作业的精度和刃具的可靠性，故此车轴齿轮箱齿轮副采用“零侧隙”传动。车轴齿轮箱设计有作业挡和空挡位两种运行工况，挡位切换由换挡机构实现。

1 两种典型换挡机构

目前，我国广泛使用的大型养路机械有：捣固车、稳定车、打磨车、配砟车和焊轨车等机型，其车轴齿轮箱有2种典型换挡机构[3]。

1.1 拨齿轮换挡机构

拨齿轮换挡机构通过拨叉拨动齿轮脱开或啮合来实现挡位的切换。主要由气缸、指示块、拨叉拉杆、拨叉、双联齿轮、从动齿轮等组成，其结构简图如图1所示。

1—指示块；2—导向杆；3—气缸；4—拨叉拉杆；5—锁定杆；6—拨叉；7—双联齿轮(Z1/Z2)；8—大齿轮Z3；9—小齿轮Z4；10—马达；11—箱体。图1 拨齿轮换挡机构结构简图

其换挡原理为：气缸固连指示块，推位拨叉拉杆带动拨叉，拨动双联齿轮左右移动，实现齿轮Z1与齿轮Z3啮合或齿轮Z2与齿轮Z4啮合或两对齿轮同时脱开，实现挡位的切换。

1.2 拨啮合套换挡机构

拨啮合套换挡机构通过拨叉拨动啮合套脱开或啮合，使输入动力断开或连接来实现挡位的切换。主要由气缸、拨叉指示块、拨叉、拨叉拉杆、啮合套、花键轴、主动齿轮、从动齿轮等组成，其结构简图如图2所示。

1—导向杆；2—拨叉指示块；3—气缸；4—箱体；5—小齿轮Z1；6—大齿轮Z2；7—拨叉拉杆；8—拨叉；9—啮合套；10—花键轴；11—马达。图2 拨啮合套换挡机构结构简图

其换挡原理为：气缸固连拨叉指示块，推位拨叉拉杆带动拨叉，拨动啮合套左右移动，实现啮合套与小齿轮脱开或啮合，且啮合套与花键轴常啮合，从而实现花键轴与小齿轮脱开或连接，进而实现马达输入动力的断开或连接，最终实现挡位的切换。

2 结构特点分析

拨齿轮换挡机构，通过直接拨动齿轮使齿轮副脱开或啮合，实现挡位切换。为顺利完成脱挂挡，齿轮副必须设计足够的啮合侧隙，以保证换挡齿轮能正常退出或进入啮合状态，此种换挡结构不能应用于“零侧隙”齿轮传动车轴齿轮箱。

拨啮合套换挡机构，传动齿轮副为常啮合，通过拨动啮合套实现花键轴与主动齿轮动力的断开或连接实现挡位切换。啮合套采用花键结构，为顺利完成脱挂挡，花键副必须设计足够的啮合间隙，且花键副中内花键精加工难度大，难以保证精度，致使啮合间隙进一步加大，才能有效保证换挡过程中花键副正常脱开或啮合。花键副间隙的存在，导致机车换向运转时，不可避免地产生冲击，不适用于“零侧隙”齿轮传动车轴齿轮箱。

3 “零侧隙”齿轮传动换挡机构设计

“零侧隙”齿轮传动换挡机构由油缸、水平推块、连接板、转动架、主动齿轮、从动齿轮等组成，其结构简图如图3所示。

1—从动齿轮；2—连接板；3—水平推块；4—主动齿轮；5—行程块；6—转动架；7—输入轴；8—箱体；9—油缸。图3 “零侧隙”齿轮传动换挡机构简图

其换挡原理为：油缸推动水平推块沿箱体水平向前移动，带动连接板推动转动架绕输入轴向上转动，使主动齿轮和从动齿轮啮合，实现挂挡，挂挡位置如图3所示；油缸拉动水平推块沿箱体水平向后移动，带动连接板拉动转动架绕输入轴向下转动，实现主动齿轮和从动齿轮脱开，完成脱挡，脱挡位置如图4所示。

1—从动齿轮；2—连接板；3—水平推块；4—主动齿轮；5—行程块；6—转动架；7—输入轴；8—箱体；9—油缸。图4 脱挡示意图

分析“零侧隙”齿轮传动换挡机构脱、挂挡过程，可发现换挡齿轮副的啮合或脱开过程均是沿圆周逐渐进入或退出啮合的，对齿轮副的侧隙无预留间隙要求，故只要齿轮副合理设计初始理论侧隙，就可实现“零侧隙”齿轮传动。

4 “零侧隙”齿轮传动换挡机构的应用

目前，该“零侧隙”齿轮传动换挡机构已运用在XM-1800铣磨车车轴齿轮箱产品上(见图5)，实现车轴齿轮箱作业走行和联挂运行挡位切换。

图5 XM-1800铣磨车实物图

应用近5年来，保障了铣磨作业精度和铣削刃具的可靠性，客户反馈良好。