CN102472318A - 用于机动车辆，特别是铁路车辆的传动组件 - Google Patents

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Abstract

一种组件，包括：传动轴，可绕传动轴线转动；以及滑动连接模块。所述传动轴包括：驱动端部分；连接端部分，传动连接所述滑动连接模块；以及可断开部分，连接所述驱动端部分和所述连接端部分，并适用于在超过预先确定的扭矩时断开。所述连接模块包括：连接外壳，容纳所述连接端部分，从而所述连接外壳可沿所述传动轴线滑动并在转动中连接所述连接模块；以及导向套，包括导向环，所述导向环引导所述驱动端部分转动和平移。所述导向套进一步包括至少一个滚动轴承，所述滚动轴承适用于引导所述传动轴的驱动端部分转动和平移。所述导向环可从小内径的初始收缩状态膨胀为大内径的膨胀状态，所述滚动轴承的内径大于所述导向环在其收缩状态下的内径并小于所述导向环在其膨胀状态下的内径。

Description

用于机动车辆,特别是铁路车辆的传动组件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆，特别是铁路车辆的传动组件，这种类型的传动组件包括：传动轴，以及滑动连接模块；所述传动轴能绕传动轴线转动。所述传动轴包括：
-驱动端部分；
-连接端部分，传动连接至所述滑动连接模块；以及
-可断开部分，固定连接所述驱动端部分及所述连接端部分，并适用于在超过所述驱动端部分和所述连接端部分之间预先确定的扭矩时断开。
所述连接模块包括：连接外壳，容纳所述传动轴的所述连接端部分，从而所述连接端部分在绕所述传动轴线转动中连接所述连接外壳，并可沿所述传动轴线滑动；所述连接模块还包括：导向套，所述导向套包括导向环，所述导向环引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线平移和绕所述传动轴线转动。
背景技术
公知的是，铁路车辆包括这种类型的传动组件，即：传动连接马达和由转向架承载的转动轮的传动组件。
传动轴包括：配有三脚架的传动杆。所述三脚架容纳于互补凹陷部分中，所述互补凹陷部分由连接外壳形成并包含容纳所述三脚架的轨道，以便所述三脚架可平行于所述传动轴线滑动，并可在绕所述传动轴线转动中连接至所述连接外壳。所述传动轴的可断开部分包括：传动杆中配备的校准槽。
所述导向套包括：两个青铜环，引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线平移及绕所述传动轴线转动。当动力传输链中出现机械故障时，用作安全熔断器(safety fuse)的传动杆在校准槽区域处断开。由于所述驱动端部分在所述二个青铜环上自由转动，所以，所述驱动端部分和包含所述三脚架的所述连接部分变得彼此独立。
然而，尽管这种保险系统是有效的，但是在商业服务中其仅允许以约80km/h的极低运行速度运行几个小时。
文献FR-A-2 891 330提出，通过用设置在连接外壳和转向架的万向接头之间的保险模块代替由传动杆的可断开部分形成的保险设备，来改进所述传动组件。
这种设备的益处在于：在安全熔断器断裂之后，允许铁路车辆的商业运行速度(330km/h)维持数天。
但是，这种设备较复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种允许铁路车辆在安全熔断器断裂之后维持其高商业运行速度并且简单的传动组件。
因此，本发明涉及一种用于上述类型的机动车辆的传动组件，其特征在于所述导向套进一步包括：至少一个滚动轴承，用于引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线平移和绕所述传动轴线转动；所述导向环可从小内径的初始收缩态膨胀为大内径的膨胀状态，所述滚动轴承或每个所述滚动轴承的内径都大于所述导向环在其收缩状态下的内径并小于所述导向环在其膨胀状态下的内径。
根据特定的实施例，根据本发明的用于机动车辆的传动组件包括以下一个或多个(采用单独或任何一种技术上可行的组合形式的)特征：
-所述滚动轴承包括：外环和设置在所述外环中的内环，所述内环和所述外环在所述内环和所述外环之间界定了轴承座圈。
-所述滚动轴承弹性地安装于所述滚动轴承的轴线的径向；
-所述传动组件包括：弹性支撑环，环绕所述滚动轴承的外环，以便在所述导向套中为所述外环提供径向位移的自由度；
-所述滚动轴承具有由低摩擦系数材料例如青铜制成的、用以引导所述传动轴驱动端部分的内表面；
-所述滚动轴承配有具有低摩擦系数的内环，所述内环界定了所述内表面，并设置在界定了轴承座圈的所述内环内；
-所述导向套包括一个额外的滚动轴承，所述额外的滚动轴承引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线平移和绕所述传动轴线转动，优选地，所述导向环设置在所述两个滚动轴承之间；
-所述导向环和所述滚动轴承沿所述传动轴线相对于彼此隔开设置；
-当所述导向环处于其膨胀状态下时，所述滚动轴承引导所述传动轴围绕所述传动轴线转动及沿所述传动轴线平移；
-在所述传动轴断裂之前，所述滚动轴承或每个所述滚动轴承都不与所述传动轴接触；
-所述传动组件包含弹性填充机构(resilient loading means)，用于使所述导向环从其收缩状态形变到其膨胀状态；
-所述导向环被径向分割为多个部分，所述弹性填充机构则设置在所述部分之间以促使所述部分彼此径向分开；
-所述导向环被环绕所述导向环的压缩环束缚在其收缩状态下，所述压缩环在高于阀值温度时发生可塑性形变，并因此适用于允许所述导向环膨胀至其膨胀状态；
-所述导向环界定了内轴承表面，所述内轴承表面由低摩擦系数材料例如青铜制成；
-所述传动组件包括止动环，特别是刚性环；所述止动环界定导向表面，所述导向表面引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线平移及绕所述传动轴线转动。所述止动环具有内径，所述内径适用于在所述传动轴断裂的情况下限制作用于所述滚动轴承的径向应力；
-在所述传动轴断裂之前，所述止动环不与所述传动轴接触；
-所述导向环、所述滚动轴承、所述额外的滚动轴承和所述止动环在所述连接部分的方向上按照以下顺序沿所述传动轴线依次设置：所述滚动轴承、所述导向环、所述额外的滚动轴承和所述止动环；
-所述止动环包括：内轴承表面；
-当所述传动轴断裂时，所述驱动端部分径向抵靠所述止动环；
-所述传动组件包括：
·驱动万向接头，用于连接至驱动马达；
·从动万向接头，由所述驱动万向接头驱动，用于驱动连接机动车辆的转动轮；以及
·驱动滑动连接系统，位于所述驱动万向接头和所述从动万向接头之间，并包括所述传动轴和所述滑动连接模块。
本发明还涉及一种机动车辆，特别是一种铁路车辆，所述机动车辆包括驱动马达和转动轮，以及传动连接所述驱动马达和所述转动轮的传动组件，其特征在于，该传动组件为以上所定义的传动组件。
附图说明
通过阅读以下仅作为实施例给出的说明，并参照附图，将更好地理解本发明，其中，
图1为根据本发明的铁路车辆的局部剖面示意图；
图2为图1的铁路车辆的传动组件的局部纵向剖面示意图；
图3为图2的传动组件的细节放大示意图；
图4为配备在图2和图3的传动组件上的导向环的横向剖面示意图；以及
图5至图9为图3的放大示意图，示出了例如在发动机故障的情况下，传动轴断裂之前和之后传动组件的运行方式。
具体实施方式
图1为铁路车辆4的传动组件2的示意图，传动组件2用于将安装在底盘8上的驱动马达6传动连接至安装在转向架12上的转动轮10。
如图2所示，传动组件2包括：驱动万向接头14，设置在发动机底盘8上并传动连接至发动机6；从动万向接头16，设置在转向架12上并传动连接至轮10；以及驱动滑动连接系统18，位于驱动万向接头14和从动万向接头16之间。
滑动连接系统18包括：传动轴22，可绕传动轴线A转动；以及，滑动连接模块24。
在以下说明中将要使用的措辞“径向”和“轴向”是关于转动轴线A而言的。
传动轴22包括：驱动端部分26；连接端部分28；以及可断开部分30，固定连接驱动端部分26和连接端部分28，并适用于在超过驱动端部分26和连接端部分28之间预先确定的扭矩时断开。
驱动端部分26固定连接至驱动万向接头14，且连接部分28容纳于连接模块24中，以便连接部分28可沿传动轴线A滑动并在绕传动轴线A的转动中连接至连接模块24。
可断开部分30包括：传动轴22的校准槽32。
传动轴22的连接端部分28包括：传动杆34，以传动轴线A为传动杆34的轴线；以及三脚架36，固定连接至杆34并且是象征性地示出的。
轴22的驱动端部分26和可断开部分30与杆34为一个整体。
杆34具有例如齿条，所述齿条在杆34绕传动轴线A转动中连接三脚架36。
三脚架36包括例如绕传动轴线A呈120°间隔设置的三个分支38，每个分支38都具有滚动轮40。在附图中仅可看到一个分支38。
滑动连接模块24一方面包括：连接外壳44，容纳传动轴22的连接端部分28，其方式使得连接端部分28在绕传动轴线A转动中连接至连接外壳44并可沿传动轴线A滑动；滑动连接模块24另一方面包括：导向套46，用于引导端部26沿驱动轴线A平移和绕驱动轴线A转动。
套46和外壳44共同界定了用于容纳传动轴22的壳体。
借助于例如螺钉，套46可拆除地固定在连接外壳44上。
连接外壳44固定地连接至从动万向接头16。
连接外壳44包括：凹部50，用于容纳三脚架36。凹部50界定了三对行进轨道(未示出)，每对行进轨道都容纳各自的轮40，轮40适用于平行于传动轴线A滚动。
导向套46包括：中空体52，固定于连接外壳44；以及导向环54和两个滚动轴承56，容纳于中空体52中。
导向套46还包括：刚性环58，用于限制传动轴22在断裂之后可能的径向位移自由度，并由此限制断裂时作用于环54和轴承56的应力。
如图3中所更加详细地示出的，导向环54界定了轴线A的内轴承表面60，内轴承表面60在轴22未断裂时引导驱动端部分26绕轴线A转动并沿轴线A平移。
当然，在未断裂且传动组件2正常运转的情况下，环54的内支撑面60与由驱动端部分26形成的圆柱形杆接触。
导向环54的特征是：可从小内径的收缩状态自动膨胀为大内径的膨胀状态。
为此，如图4所示，环54被分割为多个径向部分62，并且环54包括弹性填充机构64，弹性填充机构64配备在部分62之间以使部分62彼此径向分开。
压缩环66环绕环54并使环54束缚在环54的收缩状态，直至传动轴22发生可能的断裂。压缩环66容纳于中空体52的轴线A的内轴承表面67中。
在传动轴22断裂之前，轴22的驱动端部分26转动连接至导向套46的中空体52，且轴22和环54之间的摩擦力很低。
当然，导向环54的轴承表面60由具有低摩擦系数的材料例如青铜制成。
断裂后，传动轴22的驱动端部分26相对于中空体52以极高的速度转动，这在导向环54中产生很大的摩擦并使其温度上升。
压缩环66由塑料材料制成，所述塑料材料适用于在温度高于阈值时在弹性填充机构64的作用下进行可塑性形变。例如，所述阈值约为130℃至140℃。
因此，断裂发生时，压缩环66变得可以延展并允许导向环54膨胀至导向环54的大直径膨胀状态，这将参照图7和图8进行说明。
滚动轴承56设置在导向环54的两侧。导向环54和滚动轴承56沿传动轴线相对于彼此隔开设置。
各个轴承56完全相同，且每个轴承都具有界定外轴承座圈的外环68和界定内轴承座圈的内环69，内环69和外环68之间有滚动元件70，在所示实施例中滚动元件70具体为滚珠。
滚动轴承56的内径大于导向环54在导向环54的收缩状态下的内径且小于导向环54在导向环54的膨胀状态下的内径。
每个滚动轴承56都包括：内环72，设置在内环69中，具有低摩擦系数。环72界定了轴线A的圆柱形轴承表面74。环72由例如青铜制成。
从图3和图5可以看出，在正常运转中，换言之，当可断开部分30未受损时，滚动轴承56，特别是轴承表面73不与传动轴22接触。
每个滚动轴承56都还具有相对于中空体52弹性地安装于轴线A的径向的特征。
当然，轴线A的轴承56由弹性支撑环76承载，环76本身抵靠中空体52的内轴承表面78设置。
支撑环76允许滚动轴承56进行弹性的自由径向位移。
相对于轴承56和环54，刚性环58本身则设置在中空体52内、在传动轴22的连接部分28侧。轴线A的刚性环58界定内轴承表面80。
从图3可以看出，滚动轴承56、导向环54和刚性环58在连接端部分28的方向上(在图3中从左至右)按照以下顺序沿所述传动轴线依次设置：第一滚动轴承56、导向环54、第二滚动轴承56和刚性环58。
刚性环58设置为在轴22断裂的情况下限制驱动端部分26的位移自由度，并由此限制轴承56的径向位移自由度。
为此，环58由刚性材料例如钢制成。环58的内径大于滚动轴承56的内径，也大于导向环54在其收缩状态下的内径。从图3和图5可以看出，在正常运转中，刚性环58，特别是内轴承表面80，不与传动轴22接触。
换言之，刚性环58为限制环。措辞“刚性”是指：环58的弹性小于压缩环66和支撑环76的弹性。
最后，导向套46在其远离传动轴22的连接部分28的一端配有用于密封中空体42的弹性密封82(图2)。
现在，将参考图2及图5至图9说明根据本发明的传动组件的运转。
在正常运转中，换言之，当可断开部分30未受损时，马达通过驱动万向接头14、传动轴22和传动轴22的三脚架36、连接外壳44、以及从动万向接头16驱动转动轮10。
如果发生故障，例如驱动马达6发生故障，在传动轴22的驱动端部分26和连接部分28之间作用于可断开部分30的扭矩达到预先确定的峰值，则可断开部分30在校准槽32处断开。
然后，传动轴22的驱动端部分26和连接端部分28相互断开。驱动端部分26和连接端部分28可沿传动轴线A相对于彼此自由平移，并绕传动轴线A相对于彼此自由转动。
驱动端部分26仍然与马达6传动连接，而连接部分28、连接外壳44和导向套46仍然与轮10传动连接。
基于此，驱动端部分26在导向套46中高速转动。
所述断裂通常会在轴22的驱动端部分26中产生很大的径向应力。
当径向碰撞发生时，如图6所示，驱动端部分26径向抵靠刚性环58。由此，刚性环58限制轴22的径向位移自由度，因此，限制了作用于环54和轴承56的应力。从图6可以看出，断裂期间，驱动端部分26抵靠滚动轴承56、导向环54和刚性环58。驱动端部分26和第一和第二滚动轴承56的接触区域导致各个弹性支撑环76相对于所述传动轴线在径向相对的方向上发生形变。在图6中，传动轴22与第一和第二滚动轴承56的接触区域分别位于第一滚动轴承56的底部左侧和第二滚动轴承56的顶部右侧。
驱动端部分26还在两个不同接触区域与导向环54接触。这些接触区域相对于导向环54的中心点对称分布。在图6中，传动轴22与导向环54的接触区域位于导向环54的底部左侧和顶部右侧。
最后，驱动端部分26在相对于传动轴线的径向侧抵靠刚性环58，所述径向侧与抵靠第二滚动轴承56和导向环54的连接侧部分的区域相同(图6中的顶部侧)。
从图7可以看出，断裂之后，传动轴22仍然与滚动轴承56和导向环54接触。传动轴22不再与刚性环58接触。传动轴22与滚动轴承56和导向环54的接触区域与断裂期间的接触区域相似。但是，由传动轴22引起的弹性支撑环76的形变程度较为不明显。
如前文所述，在驱动端部分26和导向环54之间产生的很大的摩擦力使环54的温度升高，这使热量传递到了压缩环66。
在热量的影响下，环66变得可以延展并允许导向环54在弹性填充机构64的影响下膨胀。
因此，导向环54膨胀至其大内径的膨胀状态。
一旦导向环54处于其膨胀状态，则滚动轴承56的内径小于导向环54的内径，因此，滚动轴承56引导轴22绕轴线A转动并沿轴线A平移。如图9所示，在导向环54达到其膨胀状态之后，驱动端部分26仅与引导传动轴转动和平移的滚动轴承56相接触。接触区域位于相对于传动轴径向相对的位置上。如图9所示，弹性支撑环76吸收径向应力。在导向环54达到其膨胀状态之后，驱动端部分26不再接触导向环54和刚性环58。
因此，根据本发明的传动组件2具有如下优点：相对容易地构建，以及使铁路车辆在可断开部分30断裂之后能继续以至少330km/h的速度行驶至少5000km的距离。
因此，根据本发明的传动组件2允许铁路车辆4在即使发生故障的情况下仍能维持其商业运行速度。
此外，根据本发明的传动组件2是简单的。所述传动组件易于装配，并且成本较低和重量较轻。
在维修操作期间，操作员仅需要更换导向套46和传动轴22，这使维修操作更容易进行。
此外，导向套46在连接外壳44上的可拆除安装允许连接模块24的模块化设计。
轴承56在环54的两侧的分布进一步确保传动轴22的驱动端部分26有效地维持在弯曲负荷下。
本发明还适用于其它机动车辆，例如载重汽车。

Claims (21)

1.一种用于机动车辆，特别是铁路车辆的传动组件(2)，这种类型的传动组件包括：传动轴(22)，以及滑动连接模块(24)；所述传动轴(22)能绕传动轴线(A)转动；所述传动轴(22)包括：
驱动端部分(26)；
连接端部分(28)，传动连接至所述滑动连接模块(24)；以及
可断开部分(30)，固定连接所述驱动端部分(26)及所述连接端部分(28)，并适用于在超过所述驱动端部分(26)和所述连接端部分(28)之间预先确定扭矩时断开；
所述连接模块(24)包括：连接外壳(44)，容纳所述传动轴(22)的所述连接端部分(28)，从而所述连接端部分(28)在绕所述传动轴线(A)转动中连接，并可沿所述传动轴线(A)滑动；所述连接模块(24)还包括：导向套(46)，所述导向套(46)包括导向环(54)，所述导向环(54)引导所述传动轴(22)的所述驱动端部分(26)沿所述传动轴线(A)平移及绕所述传动轴线(A)转动；
其特征在于，所述导向套(46)还包括至少一个滚动轴承(56)，所述滚动轴承(56)适用于引导所述传动轴(22)的所述驱动端部分(26)沿所述传动轴线(A)平移及绕所述传动轴线(A)转动；以及所述导向环(54)能从小内径的初始收缩态膨胀为大内径的膨胀状态，所述滚动轴承(56)或每个所述滚动轴承(56)的内径都大于所述导向环(54)在其收缩状态下的内径并小于所述导向环(54)在其膨胀状态下的内径。
2.根据权利要求1所述的传动组件(2)，其特征在于，所述滚动轴承(56)包括：外环(68)，以及内环(69)；所述内环(69)设置在所述外环(68)内，所述内环(69)和所述外环(68)在所述内环(69)和所述外环(68)之间界定了轴承座圈。
3.根据权利要求1或2所述的传动组件(2)，其特征在于，所述滚动轴承(56)弹性地安装于所述滚动轴承(56)的轴线的径向。
4.根据引用权利要求2的权利要求3所述的传动组件(2)，其特征在于，所述传动组件(2)包括：弹性支撑环(76)，环绕所述滚动轴承(56)的外环(68)，以便在所述导向套(46)中为所述外环(68)提供径向位移自由度。
5.根据前述中任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，所述滚动轴承(56)具有内表面(74)，所述表面(74)适用于引导所述传动轴(22)的驱动端部分(26)；所述内表面(74)由具有低摩擦系数的材料例如青铜制成。
6.根据引用权利要求2的权利要求5所述的传动组件(2)，其特征在于，所述滚动轴承(56)配有具有低摩擦系数的内环(72)，所述内环(72)界定所述内表面(74)，并设置在界定所述轴承座圈的内环(69)内。
7.根据前述任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，所述导向套(46)还包括：一个额外的滚动轴承(56)，引导所述传动轴(22)的驱动端部分(26)沿所述传动轴线(A)平移及绕所述传动轴线(A)转动，优选地，所述导向环(54)设置在所述两个滚动轴承(56)之间。
8.根据权利要求7所述的传动组件(2)，其特征在于，所述导向环(54)和所述滚动轴承(56)沿所述传动轴线(A)相对于彼此隔开设置。
9.根据权利要求7或8所述的传动组件(2)，其特征在于，当所述导向环(54)处于其膨胀状态中时，所述滚动轴承(56)引导所述传动轴(22)绕所述传动轴线(A)转动及沿所述传动轴线(A)平移。
10.根据前述任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，在所述传动轴(22)断裂之前，所述滚动轴承(56)或每个所述滚动轴承(56)都不与所述传动轴(22)接触。
11.根据前述任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，所述导向环(54)包括：弹性填充机构(64)，用于使所述导向环(54)从其收缩状态形变到其膨胀状态。
12.根据权利要求11所述的传动组件(2)，其特征在于，所述导向环(54)被径向分割为多个部分(62)，所述弹性填充机构(64)设置在所述部分(62)之间以促使所述部分(62)彼此径向分开。
13.根据前述任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，所述导向环(54)被环绕所述导向环(54)的压缩环(66)束缚在其收缩状态，所述压缩环(66)在高于阀值温度时发生可塑性形变，并因此适用于允许所述导向环(54)膨胀至其膨胀状态。
14.根据前述任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，所述导向环(54)界定了内轴承表面(60)，所述内轴承表面(60)由低摩擦系数材料例如青铜制成。
15.根据前述任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，所述传动组件(2)包括：止动环(58)，特别是刚性环；所述止动环(58)界定导向表面(80)，所述导向表面(80)引导所述传动轴(22)的驱动端部分(26)沿所述传动轴线(A)平移及绕所述传动轴线(A)转动，所述止动环(58)具有内径，所述内径适用于在所述传动轴(22)断裂的情况下限制作用于所述滚动轴承(56)的径向应力。
16.根据权利要求15所述的传动组件(2)，其特征在于，在所述传动轴(22)断裂之前，所述止动环(58)不与所述传动轴(22)接触。
17.根据引用权利要求7的权利要求15或16所述的传动组件(2)，其特征在于，所述导向环(54)、所述滚动轴承(56)、所述额外的滚动轴承(56)和所述止动环(58)在所述连接端部分(28)的方向上按照以下顺序沿所述传动轴线(A)依次设置：所述滚动轴承(56)、所述导向环(54)、所述额外的滚动轴承(56)和所述止动环(58)。
18.根据权利要求15至17任一项所述的传动组件(2)，其特征在于，所述止动环(58)包括：内轴承表面(80)。
19.根据权利要求15至18任一项所述的传动组件(2)，其特征在于，当所述传动轴(22)断裂时，所述驱动端部分(26)径向抵靠所述止动环(58)。
20.根据前述任一项权利要求所述的传动组件(2)，其特征在于，所述传动组件(2)包括：
驱动万向接头(14)，用于连接至驱动马达(6)；
从动万向接头(16)，由所述驱动万向接头(14)驱动，用于驱动连接机动车辆(2)的转动轮(10)；以及
驱动滑动连接系统(18)，位于所述驱动万向接头(14)和所述从动万向接头(16)之间，并包括所述传动轴(22)和所述滑动连接模块(24)。
21.一种机动车辆(4)，特别是一种铁路车辆，所述机动车辆(4)包括：驱动马达(6)和转动轮(10)，以及传动连接所述驱动马达(6)和所述转动轮(10)的传动组件(2)，其特征在于，所述传动组件(2)为前述任一项权利要求中限定的传动组件(2)。
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