CH629715A5

CH629715A5 - Coupling device for power transmission from the large wheel to the drive wheel set of a rail vehicle

Info

Publication number: CH629715A5
Application number: CH218578A
Authority: CH
Inventors: Wilhelm Koch
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-03-01
Publication date: 1982-05-14
Also published as: NO142824B; ATA105578A; DE2709260A1; NO780726L; NL7802333A; AT353832B; NO142824C; CA1098339A; IT1092933B; IT7820692A0

Description

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PATENTANSPRUCH Kupplungseinrichtung zwischen zwei, gegenseitigen Verschiebungen ausgesetzten, je für sich fest gelagerten Wellen mittels einer Kardanhohlwelle für die Kraftübertragung vom Grossrad auf den Treibradsatz eines Schienentriebfahr-zeuges, wobei zur Verbindung jedes der beiden Enden der Kardanhohlwelle mit den beiden zu kuppelnden Wellen je eine zentrierende Kupplung vorgesehen ist und diese Kupplung als Gelenkhebelkupplung mit jeweils mindestens drei Gelenkhebeln ausgebildet ist, wobei die einen Enden der Gelenkhebel über sphärische Gelenke an der treibenden bzw. der getriebenen Welle und die andern Enden über sphärische Gelenke an der Kardanhohlwelle angreifen, wobei die sphärischen Gelenke eine aus einem elastischen Material bestehende Zwischenlage aufweisen und wobei bei einer der zentrierenden Gelenkhebelkupplungen die eine Hälfte der Gelenkhebel im Sinne der einen Drehrichtung der Kupplung und die andere Hälfte der Gelenkhebel im entgegengesetzten Sinne der Drehrichtung angeordnet ist, wobei die erste Gelenkhebelkupplung mindestens jeweils «2n» Gelenkhebel aufweist und «n» eine ganze Zahl und grösser als 1 ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten zentrierenden Gelenkhebelkupplung (3) sämtliche Gelenkhebel (33) im gleichen Drehsinn angeordnet sind und dass das elastische Material zwischen den sphärischen Flächen der Gelenkkugelhälften der Gelenke (22) der ersten (2) der Gelenkhebelkupplungen eine grössere Elastizitätskonstante aufweist als das elastische Material zwischen den sphärischen Flächen der Gelenkkugelhälften der Gelenke (32) der zweiten Gelenkhebelkupplung (3). PATENT CLAIM Coupling device between two mutually displaced, fixed shafts by means of a hollow cardan shaft for the transmission of power from the large wheel to the drive wheel set of a rail vehicle, whereby a centering coupling connects each of the two ends of the hollow cardan shaft to the two shafts to be coupled is provided and this coupling is designed as an articulated lever coupling, each with at least three articulated levers, one end of the articulated lever engaging the driving or driven shaft via spherical joints and the other ends engaging on the hollow cardan shaft via spherical joints, the spherical joints one off have an intermediate material existing intermediate layer and wherein in one of the centering articulated lever couplings one half of the articulated lever in the sense of one direction of rotation of the coupling and the other half of the articulated lever in the opposite sense of the direction of rotation is arranged, the first articulated lever coupling each having at least “2n” articulated levers and “n” being an integer greater than 1, characterized in that in the second centering articulated lever coupling (3) all articulated levers (33) are arranged in the same direction of rotation and that the elastic material between the spherical surfaces of the joint ball halves of the joints (22) of the first (2) of the joint lever couplings has a greater elastic constant than the elastic material between the spherical surfaces of the joint ball halves of the joints (32) of the second joint lever coupling (3).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungseinrichtung zwischen zwei gegenseitigen Verschiebungen ausgesetzten, je für sich fest gelagerten Wellen mittels einer Kardanhohlwelle für die Kraftübertragung vom Grossrad auf den Treibradsatz eines Schienentriebfahrzeuges, wobei zur Verbindung jedes der beiden Enden der Kardanhohlwelle mit den beiden zu kuppelnden Wellen je eine zentrierende Kupplung vorgesehen ist und diese Kupplung als Gelenkhebelkupplung mit jeweils mindestens drei Gelenkhebeln ausgebildet ist, wobei die einen Enden der Gelenkhebel über sphärische Gelenke an der treibenden bzw. der getriebenen Welle und die andern Enden über sphärische Gelenke an der Kardanhohlwelle angreifen, wobei die sphärischen Gelenke eine aus einem elastischen Material bestehende Zwischenlage aufweisen und wobei bei einer der zentrierenden Gelenkhebelkupplungen die eine Hälfte der Gelenkhebel im Sinne der einen Drehrichtung der Kupplung und die andere Hälfte der Gelenkhebel in der entgegengesetzten Drehrichtung angeordnet ist, wobei die erste Gelenkhebelkupplung mindestens jeweils «2n» Gelenkhebel aufweist und «n» eine ganze Zahl grösser als 1 ist. Eine solche Kupplung ist z.B. aus der DE-AS 1 232 608 bekannt. Bei dieser bekannten Kupplung sind an beiden Enden der Kardanhohlwelle gleiche Gelenkhebelkupplungen vorgesehen. Bei den Antriebsmotoren handelt es sich durchwegs um Kommutatormotoren. Es ist weiter aus der DE-AS 1 253 524 eine zentrierende Gelenkhebelkupplung bekannt, bei welcher sphärische Gelenke vorgesehen sind, welche eine aus einem elastischen Stoff bestehende Zwischenlage zwischen deren kugelförmigen bzw. hohlkugelförmigen Flächen aufweisen. The invention relates to a coupling device between two mutual displacements, each with its own fixed shafts by means of a cardan shaft for the transmission of power from the large wheel to the drive wheel set of a rail vehicle, with each connecting one of the two ends of the cardan shaft to the two shafts to be coupled centering coupling is provided and this coupling is designed as a joint lever coupling with at least three joint levers, one end of the joint lever engaging the driving or driven shaft via spherical joints and the other ends engaging the hollow cardan shaft via spherical joints, the spherical joints have an intermediate layer consisting of an elastic material, and with one of the centering articulated lever clutches one half of the articulated lever in the sense of one direction of rotation of the coupling and the other half of the articulated lever in the opposite Direction of rotation is arranged, wherein the first articulated lever coupling has at least “2n” articulated lever and “n” is an integer greater than 1. Such a coupling is e.g. known from DE-AS 1 232 608. In this known coupling, the same articulated lever couplings are provided on both ends of the cardan hollow shaft. The drive motors are all commutator motors. It is further known from DE-AS 1 253 524 a centering articulated lever coupling, in which spherical joints are provided which have an intermediate layer made of an elastic material between their spherical or hollow spherical surfaces.

Die inzwischen eingetretenen Fortschritte in der Wechselrichtertechnik ermöglichen es jetzt auch, von Drehstrom- The advances in inverter technology that have now taken place now also make it possible to

kurzschlussläufermotoren angetriebene Schienentriebfahrzeuge mit umrichtergespeisten Drehstrommotoren zu bauen. Bei solchen Fahrzeugen liegen für die Kraftübertragungseinrichtung vom Antriebsmotor zum Treibrad andere Verhältnisse vor als bei von Einphasenkommutatormotoren angetriebenen Triebfahrzeugen, bei welchen das Drehmoment mit der doppelten Speisefrequenz zwischen Null und dem Maximalwert schwankt und bei welchen durch ein Übertragungsglied mit entsprechender Umfangselastizität diese Drehmomentschwankungen ausgeglichen werden müssen. Bei von Drehstromantriebsmotoren mit Frequenzsteuerung oder Regelung angetriebenen Schienenfahrzeugen sind somit Kraftübertragungseinrichtungen entsprechend der DE-AS 1 253 524 geeignet, wobei jedoch vorausgesetzt werden muss, dass der Strom des Antriebsmotors frei von Oberschwingungen ist, womit sich ein völlig konstantes Drehmoment ergibt. Der Aufwand bei der Stromrichterschaltung ist für solche oberwellenfreien Ströme jedoch relativ gross. Bei den praktisch ausgeführten Umrichtern mit veränderbarer Frequenz ist ein gewisser Oberschwingungsanteil im Motorstrom nicht vermeidbar, welcher zu Pendelmomenten des Antriebsmotors führt. Diese Pendelmomente führen, wie eine rechnerische Untersuchung ergab, bei einem Antrieb entsprechend der DE-AS 1 253 524 zu axialen Schwingungen der Kardanwelle. to build squirrel-cage motor-driven rail vehicles with converter-fed three-phase motors. In such vehicles, there are different conditions for the power transmission device from the drive motor to the drive wheel than in the case of traction vehicles driven by single-phase commutator motors, in which the torque fluctuates with double the feed frequency between zero and the maximum value and in which these torque fluctuations have to be compensated for by a transmission element with a corresponding circumferential elasticity. In the case of rail vehicles driven by three-phase drive motors with frequency control or regulation, power transmission devices according to DE-AS 1 253 524 are therefore suitable, although it must be assumed that the current of the drive motor is free from harmonics, which results in a completely constant torque. However, the effort involved in the converter circuit is relatively large for such harmonic-free currents. A certain harmonic component in the motor current, which leads to pendulum torques of the drive motor, cannot be avoided in the practically implemented converters with variable frequency. These pendulum torques, as a computational investigation showed, lead to axial vibrations of the cardan shaft in a drive according to DE-AS 1 253 524.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Kraftübertragungseinrichtung nach der DE-AS 1 253 524 so weiterzubilden, dass diese von Pendelmomenten des Antriebsmotors hervorgerufenen Schwingungen weitgehend ausgeglichen werden. It is therefore an object of the invention to develop the power transmission device according to DE-AS 1 253 524 so that these vibrations caused by pendulum torques of the drive motor are largely compensated for.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsge-mäss bei der eingangs erwähnten Einrichtung dadurch, dass bei der zweiten zentrierenden Gelenkhebelkupplung sämtliche Gelenkhebel, wie an sich bekannt, im gleichen Drehsinn angeordnet sind und dass das elastische Material zwischen den sphärischen Flächen der Gelenkkugelhälften der Gelenke der ersten der Gelenkhebelkupplungen eine grössere Elastizitätkonstante aufweist als das elastische Material zwischen den sphärischen Flächen der Gelenkkugelhälften der Gelenke der zweiten Gelenkhebelkupplung. Durch die getroffenen Massnahmen ergibt sich eine Querelastizität, durch welche die Eigenfrequenz des in axialer Richtung schwin-gungsfahigen Gebildes ausserhalb des Frequenzbereiches der Pendelmomente mit relativ grosser Amplitude verlegt wird. Ausserdem erfolgt durch die relativ grosse Elastizitätskonstante des Stoffes der Schicht zwischen den beiden sphärischen Gelenkflächen der ersten zentrierenden Gelenkhebelkupplung eine axiale Führung der Kardanwelle. Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Gelenkhebel der andern Gelenkhebelkupplung im Sinne der Drehrichtung angeordnet. The problem is solved according to the invention in the case of the device mentioned at the beginning in that, in the second centering articulated lever coupling, all articulated levers, as known per se, are arranged in the same direction of rotation and in that the elastic material between the spherical surfaces of the articulated ball halves of the joints of the first of the articulated lever couplings has a greater elastic constant than the elastic material between the spherical surfaces of the articulated ball halves of the joints of the second articulated lever coupling. The measures taken result in a transverse elasticity, by means of which the natural frequency of the structure that can vibrate in the axial direction is shifted outside the frequency range of the pendulum moments with a relatively large amplitude. In addition, due to the relatively large elastic constant of the material of the layer between the two spherical articulated surfaces of the first centering articulated lever coupling, the cardan shaft is guided axially. In a first embodiment of the invention, the articulated levers of the other articulated lever coupling are arranged in the sense of the direction of rotation.

Die erfindungsgemässe Anordnung lässt ohne weiteres eine axiale Beweglichkeit der Treibachse gegenüber dem Drehgestell bzw. dem Fahrzeugrahmen um ±20 mm zu. Die Kardangelenkkupplung nach der Erfindung lässt sich daher auch sowohl für die mittlere Treibachse eines Treibdrehgestells eines elektrischen Triebfahrzeuges mit mehr als zwei Treibachsen als auch für die mittlere Treibachse oder die mittleren Treibachsen einer elektrischen Lokomotive mit mehr als zwei Treibachsen mit im Fahrzeugrahmen angeordneten Triebmotoren anwenden. The arrangement according to the invention readily permits axial movement of the drive axle with respect to the bogie or the vehicle frame by ± 20 mm. The universal joint coupling according to the invention can therefore also be used both for the central driving axle of a driving bogie of an electric traction vehicle with more than two driving axles as well as for the central driving axle or the middle driving axles of an electric locomotive with more than two driving axles with drive motors arranged in the vehicle frame.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Further details and advantageous embodiments of the invention are shown in the drawings. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kardanhohlwelle mit den an dieser angeordneten Gelenkhebelkupplungen mit jeweils sechs Gelenkhebeln, 1 is a schematic representation of the cardan hollow shaft with the articulated lever couplings arranged thereon, each with six articulated levers,

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

Fig. 2 eine ebensolche Anordnung mit einer verschieden grossen Anzahl von Gelenkhebeln der beiden Kupplungen und Fig. 2 shows the same arrangement with a different number of articulated levers of the two clutches and

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anwendung von solchen Gelenkhebelkupplungen bei dem Antrieb eines s elektrischen Triebfahrzeuges. Fig. 3 is a schematic representation of the use of such articulated lever clutches in the drive of an electric motor vehicle.

In den Zeichnungen Fig. 1 und 2 sind jeweils mit 1 die Kardanwelle, mit 2 die erste Kardangelenkhebelkupplung und mit 3 die zweite Kardangelenkhebelkupplung bezeichnet. 10 In the drawings, FIGS. 1 and 2, 1 denotes the propeller shaft, 2 the first universal joint lever coupling and 3 the second universal joint lever coupling. 10th

Die erste Kardangelenkhebelkupplung ist aufgebaut aus einem mit dem einen Ende der Kardanwelle verbundenen sternförmigen Körper 21 und an diesen angeordneten Gelenken 22, an denen Gelenkhebel 23 angreifen, die über weitere Gelenke 22 an einem ringförmigen Flansch angreifen, wel- 15 eher mit der Antriebswelle, z. B. dem Grossrad des Getriebes eines Schienentriebfahrzeuges verbunden ist. Die Gelenkhebel sind jeweils in Umfangsrichtung gegeneinander angeordnet. The first universal joint lever coupling is constructed from a star-shaped body 21 connected to one end of the cardan shaft and to joints 22 arranged thereon, on which articulated levers 23 engage, which engage via further joints 22 on an annular flange, which is more likely to be connected to the drive shaft, e.g. . B. is connected to the large wheel of the transmission of a rail locomotive. The articulated levers are arranged against each other in the circumferential direction.

Die zweite Gelenkhebelkupplung besteht aus am zweiten Ende der Kardanwelle 1 angeordneten Nasen 31, an welchen Gelenke 32 angebracht sind, an denen Gelenkhebel 33 angreifen, welche über weitere Gelenke 32 mit einem mit der abteibenden Welle verbundenen ringförmigen Flansch verbunden sind. 25 The second articulated lever coupling consists of lugs 31 arranged on the second end of the propeller shaft 1, to which joints 32 are attached, on which articulated levers 33 engage, which are connected via further joints 32 to an annular flange connected to the abrading shaft. 25th

629 715 629 715

Bei der in Fig. 1 dargestellten Kardanhohlwelle 1 sind jeweils sechs Gelenkhebel 23 bzw. 33 vorgesehen. Bei den in Fig. 2 dargestellten Gelenkhebelkupplungen sind bei der ersten sechs in Umfangsrichtung gegeneinander angeordnete Gelenkhebel vorhanden, wogegen bei der zweiten Kupplung jeweils fünf Gelenkhebel 33 vorgesehen sind. In the cardan hollow shaft 1 shown in FIG. 1, six articulated levers 23 and 33 are provided. In the articulated lever clutches shown in FIG. 2, there are six articulated levers arranged in the circumferential direction in the first, whereas five articulated levers 33 are provided in the second clutch.

In Fig. 3 ist ein Anwendungsbeispiel der in der Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Kupplungen bei einem Achsantrieb eines elektrischen Triebfahrzeuges für die Kupplung zwischen dem Grossrad des Getriebes und den Treibrädern eines elektrischen Triebfahrzeuges dargestellt. In dieser Zeichnung ist der Antriebsmotor mit 5, das auf seiner Welle angeordnete Ritzel mit 6 und das Grossrad mit 20 bezeichnet. Das Grossrad ist mittels Wälzlagern auf einer Hohlwelle 25 gelagert. Zur Kraftübertragung vom Grossrad 20 zu der als Hohlwelle ausgebildeten Kardanhohlwelle 1 dient die Gelenkhebelkupplung 2, deren Gelenkhebel einerseits an an dem Grossrad angeordneten Gelenken 22 und anderseits an an der Kardanhohlwelle 1 angeordneten Gelenken angreifen. Zur Kraftübertragung von der Kardanhohlwelle zum Treibrad 41 dient die Gelenkhebelkupplung 3, deren Gelenkhebel 33 einerseits über Gelenke 32 an einem Flansch der Kardanhohlwelle 1 und anderseits an den mit dem Treibrad 41 verbundenen Gelenken angreifen. Die Treibachse ist mit 4 bezeichnet. 3 shows an application example of the clutches shown in FIGS. 1 and 2 in an axle drive of an electric traction vehicle for the coupling between the large wheel of the transmission and the drive wheels of an electric traction vehicle. In this drawing, the drive motor is designated 5, the pinion arranged on its shaft with 6 and the large wheel with 20. The large wheel is mounted on a hollow shaft 25 by means of roller bearings. The articulated lever coupling 2 is used to transmit power from the large gear 20 to the hollow cardan shaft 1, the articulated lever coupling 2 acting on the one hand on joints 22 arranged on the large wheel and on the other hand on joints arranged on the cardan hollow shaft 1. The articulated lever coupling 3, whose articulated levers 33 engage on the one hand via joints 32 on a flange of the gimbal hollow shaft 1 and on the other hand on the joints connected to the drive wheel 41, serves to transmit power from the cardan hollow shaft to the driving wheel 41. The driving axis is designated 4.

20 20th

S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings