轨道交通齿轮箱例行试验传动方式的分析和改进

范 帅 王友多 陈 宁

(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

轨道交通齿轮箱是轨道交通车辆的关键零部件之一，负责车辆动力的传输，齿轮箱在完成装配后需进行例行试验，由电机带动齿轮箱进行跑合，跑合过程中检测噪音、振动、温度等数据来判断组装是否良好。在进行例行试验时，常用动力输入的传动方式为带传动和联轴节传动。

1 齿轮箱例行试验常用传动方式介绍

带传动方式是将皮带轮直接安装在齿轮箱输入轴上，电机轴上也安装一个皮带轮，通过皮带传动带动齿轮箱进行例行试验。这种传动方式由于皮带传动带来了径向力，导致输入端温度偏高，不能有效降低试验方式对产品性能的影响。另一种方法是采用联轴节传动，该方式是在齿轮箱组装后，在输入轴上压装联轴节，电机轴上也压装联轴节，电机通过联轴节带动齿轮箱进行例行试验。该传动方式存在两个问题：一是有的动车齿轮箱联轴节并不是由齿轮箱生产厂家提供，而是由主机厂提供，齿轮箱生产厂家并没有联轴节可供使用；二是联轴节注油压装后24 h不允许负载，如果24 h后再进行试验，这个过程会带来巨大的存货在制，生产周期变长，资金周转效率降低，同时也占用了大量场地，严重影响企业的运营效率。

传统带传动试验方式如图1所示，齿轮箱输入轴及电机轴上均安装皮带轮，使用调速电机直接带动输入轴进行传动。试验过程中通过控制电机的转速来实现各种工况速度的调节，达到模拟空载运行工况的目的。联轴节传动与此类似，将带轮换成联轴节、电机轴和齿轮箱输入轴调节成同心状态即可。

图1 齿轮箱带传动试验图

2 带传动+万向节传动装置

2.1 问题的提出

在传统带传动情况下，皮带径向拉在输入轴的皮带轮上，给输入轴带来了额外的径向力，导致了轴承的偏载，带来的直接后果就是例行试验时输入轴一端温度偏高，尤其是车轮侧小轴承位置，由于齿轮箱车轮侧是密封结构，不像电机侧一样有迷宫间隙可以散热，因此此处温度最高。由此可以看出，这种传动方式不能有效降低试验方式对产品性能的影响，有待进一步改善。

2.2 带传动+万向节传动系统设计

轨道交通齿轮箱在例行试验时，试验台搭建在铸铁平台上，试验台两侧设置有车轴支撑座，两侧支撑座通过轴承支撑住车轴两端，齿轮箱组装在车轴上，齿轮箱的主动齿轮端通过支撑工装支撑在铸铁平台上，电机带动齿轮箱的输入轴转动。为消除带传动引入的径向力问题，考虑在齿轮箱输入轴(主动齿轮)和电机轴之间设置一个轴承座，轴承座一端连接从动皮带轮，与电机的主动皮带轮进行带传动，一端通过万向节连接齿轮箱输入轴，通过万向节传动。带传动产生的径向力由轴承座承受，以此消除径向载荷对试验温度的影响。为了避免万向节的高速旋转带来的振动大幅度提升，选择做过动平衡的轻型联轴节，布局如图2所示。

1—铸铁平台；2—车轴；3—齿轮箱；4—万向节；5—轴承座；6—试验台支撑座；7—从动皮带轮；8—皮带；9—电机；10—主动皮带轮。图2 带传动+万向节例行试验示意图

轴承座结构如图3所示，轴承座本体采用螺栓固定在底座上，通过在轴承座和底座之间加装垫片，可以实现轴承座中心高度的调整，在不同项目的齿轮箱中心高度相差特别大时，可以通过更换底座进行调整。轴承座包括一个轴承座上箱体和下箱体，采用螺栓及定位销连接。轴承座内安装有两只角接触球轴承，角接触球轴承内圈采用过盈连接与传动轴配合，角接触球轴承负责传动的径向和轴向载荷的承受。轴承座两端有密封盖对轴承座进行密封，轴承座内加润滑脂进行润滑。传动轴两端为锥度结构，一侧通过锥度过盈连接一个皮带轮，皮带轮使用螺栓通过压板固定在传动轴中心孔上，此皮带轮通过带传动连接电机上的皮带轮，作为动力输入；传动轴的另一侧过盈连接一个法兰，所述法兰也是使用螺栓通过压板固定在传动轴中心孔上，法兰另一端面与万向节通过螺栓连接，万向节的另外一端通过另一个法兰与齿轮箱输入轴连接。通过此轴承座和万向节，形成了完整的传动系统，实现了电机动力的输入。

1—法兰；2—万向节；3—轴承座；4—传动轴；5—法兰压板；6—底座。图3 带传动+万向节传动系统结构图

图4 带传动+万向节传动系统试验图

在进行例行试验时，启动电机，电机通过带传动带动传动轴上的带轮，带轮通过传动轴和万向节将动力输出给齿轮箱输入轴，完成动力的输入过程。齿轮箱输入轴通过齿轮传动带动输出轴(车轴)进行模拟空载工况试验。在此过程中，由于有轴承座的存在，电机拉动皮带轮带来的轴向力被轴承座承受，消除了带传动带给齿轮箱输入轴上的径向载荷。

2.3 试验结果分析

为了验证单一带传动和带传动+万向节传动两种不同情况下齿轮箱的运行情况，针对同一套齿轮箱，使用带传动和带传动+万向节传动分别进行了例行试验，两次试验间隔时间超过24 h，以保证完全冷却。试验按照不同速度等级进行，如图5和表1所示，试验环境温度为20 ℃恒温环境，采用不大于5 m/s风机进行齿轮箱表面冷却以模拟线路状况。得到例行试验结果如表2所示，从表中可以看出，齿轮箱最高温度出现在输入端，使用带传动+万向节传动进行例行试验，最高温度比带传动降低12.1 ℃。可以看出，带传动+万向节传动在降低例行试验传动方式对温度的影响方面表现优异。

为了研究小批量生产时数据的一致性，进一步扩大了样本数据，累计选择了4套齿轮箱进行例行试验，通过对4套齿轮箱使用带传动+万向节传动和单一带传动的温度对比发现，4套齿轮箱带传动+万向节传动试验温度分别低于单一带传动试验温度12.1 ℃、14.4 ℃、11.3 ℃、12.0 ℃。带传动+万

向节传动试验过程传动平稳，能进一步降低试验方式对齿轮箱性能的影响。

表1 例行试验时间转速表

表2 带传动和万向节传动温度对比

图5 例行试验模式

3 结束语

本文研究了一种新的轨道交通齿轮箱例行试验万向节系统传动方式，该传动系统可以将带传动的径向力传递到轴承座上，通过带传动+万向节传动系统与单一带传动两者进行试验对比表明，前者可有效降低试验方式对齿轮箱性能的影响，同等工况下试验温度更低，且简单实用，装拆方便，是一种可靠的例行试验传动方式。