CN103790983B - 一种牵引电机内插齿过盈配合结构及其装配设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引电机内插齿过盈配合结构及其装配设计方法。主要是在计算小齿轮锥柄的插入深度时考虑了轴向和径向公差，然后利用轴向最大允许窜动量的限制条件来控制小齿轮内侧端面与转轴传动端端面之间距离范围，最后校核并保证小齿轮锥柄实际插入深度产生的过盈量能够满足相应的边界条件。另外，小齿轮内侧端面与转轴传动端端面之间距离可通过工艺垫片来实现一次性装配定位。本发明设计科学合理，在控制大齿轮、小齿轮中心线之间的窜动量方面效果非常明显，实际操作起来也很方便。

Description

一种牵引电机内插齿过盈配合结构及其装配设计方法

技术领域

本发明涉及牵引电机技术领域，特别是一种牵引电机内插齿过盈配合结构及其装配设计方法。

背景技术

如图1所示，机车配套的牵引电机1-1的机械传动过程，一般是通过转轴1-2与机车齿轮箱中的小齿轮1-3同轴，将牵引电机1-1产生的轴端转矩，分别经小齿轮1-3和大齿轮1-4传递给机车。

目前，牵引电机转轴与小齿轮的过盈联接方式主要有齿轮轴、外齿轮和内插齿三种方式。而使用内插齿结构多用于配套交流牵引电机的“交-直-交”传动系统中，如图1所示。

在内插齿方式的结构中，一般是正向设计方式，其思路具体为：通过控制小齿轮的插入深度来控制小齿轮锥柄与转轴内插锥面的过盈量，安装时，先将小齿轮推入，直到小齿轮零线与转轴内锥零线刚好重合；然后根据传递牵引电机转矩所需的过盈量来计算所需推入的长度；最后再校核轴向窜动量是否满足大齿轮、小齿轮中心线最大允许的窜动量M，如图2所示。在这种正向设计思路中，由于大、小齿轮中心线之间所允许的窜动量通常都被严格控制，同时轴向公差和径向公差累积叠加到窜动量上的影响也不可忽视，所以在保证牵引电机传递所需的转矩时，很难控制好窜动量。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种牵引电机内插齿过盈配合结构及其装配设计方法。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种牵引电机内插齿过盈配合结构，包括牵引电机、小齿轮和大齿轮，所述小齿轮左端通过锥柄插入到牵引电机的转轴中固定，所述大齿轮与小齿轮啮合，所述锥柄插入转轴后，保证小齿轮内侧端面与转轴传动端端面之间的距离满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件，其中，a、b分别为的下公差和上公差，c为转轴的加工公差，d为牵引电机的安装公差，M为大齿轮、小齿轮的中心线允许的最大窜动量；所述锥柄实际能够产生最小过盈量的插入深度为Lmin=B-E-H，实际能够产生最大过盈量的插入深度为Lmax=B+F+G，其中，B为不考虑任何公差的情况下小齿轮的理论插入深度，E为转轴内锥理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄小端的最远距离，F为转轴内锥理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄大端的最远距离，G为锥柄理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄小端的最远距离，H为锥柄理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄大端的最远距离。

在实际产生过盈量为Lmin时，产生的最小过盈量（Lmin/内插齿锥度）应能满足传递所需的转矩；在实际产生过盈量为Lmax时，产生的最大过盈量（Lmax/内插齿锥度）应不超过材料的安全屈服强度。

本发明还提供了一种牵引电机内插齿过盈配合结构的装配设计方法，包括七步：

第一步、不考虑任何公差，根据转矩传递要求计算锥柄的理论插入深度B；

第二步、根据牵引电机安装空间对轴向长度的限制，选择小齿轮内侧端面距离转轴传动端端面的尺寸，并根据大齿轮、小齿轮的中心线允许的最大窜动量M来计算A的上公差b和下公差a，使得上公差b和下公差a满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件，其中c为转轴的加工公差，d为牵引电机的安装公差；

第三步、考虑轴向公差和径向公差，计算由锥柄与转轴实际结合能产生过盈的最小深度Lmin=B-E-H、最大深度Lmax=B+F+G，对应产生的最小过盈量为Lmin/内插齿锥度，最大过盈量为Lmax/内插齿锥度；其中，E为转轴内锥理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄小端的最远距离，F为转轴内锥理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄大端的最远距离，G为锥柄理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄小端的最远距离，H为锥柄理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄大端的最远距离；

第四步、校核最小过盈量是否满足电机起动的最小转矩要求，最大过盈量是否满足材料的屈服极限要求；若不满足，应优先调整的公差，然后再考虑调整转轴理论零线或者小齿轮锥柄理论零线任意一个的位置，也即调整小齿轮的理论插入深度B，直到最小过盈量和最大过盈量满足条件为止；

第五步、设计厚度为的工艺垫片，厚度的上公差b和下公差a满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件；

第六步、将该工艺垫片置于小齿轮内侧端面与转轴传动端端面之间，将小齿轮推入转轴内锥孔中直到抵紧工艺垫片为止；

第七步、取出工艺垫片，完成装配。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明在设计时考虑了轴向和径向公差，然后利用轴向最大允许窜动量的限制条件来控制小齿轮内侧端面与转轴传动端端面之间距离，最后校核并保证小齿轮锥柄实际插入深度产生的过盈量能够满足相应的边界条件，很好的避免了正向设计方法中轴向窜动量很容易超过限制的问题；

2、与常规的正向设计方法相比，本发明中的小齿轮锥柄的插入深度控制方式和工艺安装方式更为简捷、方便。

附图说明

图1是现有技术中牵引电机的机械传动方式示意图；

图2是图1中Ⅰ处放大图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是本发明的小齿轮插入深度的计算模型；

图1中的标记：

1-1为牵引电机，1-2为转轴，1-3为小齿轮，1-4为大齿轮，X为牵引电机（含小齿轮）的最大安装空间，Y为牵引电机的轴向长度（不含小齿轮），Z为小齿轮轴向宽度，A为小齿轮插入后其内侧面与转轴传动端端面的距离；

图2中的标记:

M为大齿轮、小齿轮中心线最大允许的窜动量；

图3、图4中的标记：

1为牵引电机，2为转轴传动端端面，3为转轴内锥理论零线，4为小齿轮内侧端面，5为锥柄理论零线，6为小齿轮，7为锥柄，8为转轴，9为工艺垫片；

图4中的标记：

为小齿轮插入后其内侧面与转轴传动端端面的距离（含公差）；

B为不考虑任何公差的情况下，小齿轮的理论插入深度；

C为转轴内锥理论零线距离转轴后端面的距离；

D为锥柄上的理论零线距离小齿轮内侧端面的距离；

E为转轴内锥理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄小端的最远距离；

F为转轴内锥理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄大端的最远距离；

G为锥柄上的理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄小端的最远距离；

H为锥柄上的理论零线考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄大端的最远距离；

Lmax为锥柄实际能够产生最小过盈量的插入深度；

Lmin为锥柄实际能够产生最大过盈量的插入深度。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

如图3所示，一种牵引电机内插齿过盈配合结构，包括牵引电机1、小齿轮6和大齿轮，所述小齿轮6左端通过锥柄7插入到牵引电机1的转轴8中固定，所述大齿轮与小齿轮6啮合。

如图4所示，所述锥柄7插入转轴8后，保证小齿轮内侧端面4与转轴传动端端面2之间的距离满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件，其中，a、b分别为的下公差和上公差，c为转轴8的加工公差，M为大齿轮、小齿轮6的中心线允许的最大窜动量M；所述锥柄7实际能够产生最小过盈量的插入深度为Lmin=B-E-H，实际能够产生最大过盈量的插入深度为Lmax=B+F+G，其中，B为不考虑任何公差的情况下小齿轮6的理论插入深度，E为转轴内锥理论零线3考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7小端的最远距离，F为转轴内锥理论零线3考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7大端的最远距离，G为锥柄理论零线5考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7小端的最远距离，H为锥柄理论零线5考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7大端的最远距离。本发明中各公式中的各字母单位均为mm。

一种牵引电机内插齿过盈配合结构的装配设计方法，包括七步：

第一步、不考虑任何公差，根据转矩传递要求计算锥柄7的理论插入深度B；

第二步、根据牵引电机安装空间对轴向长度的限制，选择小齿轮内侧端面（4）距离转轴传动端端面（2）的尺寸A=X-Y-Z/2，并根据大齿轮、小齿轮6的中心线允许的最大窜动量M来计算A的上公差b和下公差a，使得上公差b和下公差a满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件，其中c为转轴8的加工公差，d为牵引电机1的安装公差；其中，X为牵引电机（含小齿轮）的最大安装空间，Y为牵引电机的轴向长度（不含小齿轮），Z为小齿轮轴向宽度

第三步、考虑轴向公差和径向公差，计算由锥柄7与转轴8实际结合能产生过盈的最小深度Lmin=B-E-H、最大深度Lmax=B+F+G，对应产生的最小过盈量为Lmin/内插齿锥度，最大过盈量为Lmax/内插齿锥度；其中，E为转轴内锥理论零线3考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7小端的最远距离，F为转轴内锥理论零线3考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7大端的最远距离，G为锥柄理论零线5考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7小端的最远距离，H为锥柄理论零线5考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄7大端的最远距离；

第四步、校核最小过盈量是否满足电机起动的最小转矩要求，最大过盈量是否满足材料的屈服极限要求；若不满足，应优先调整的公差，然后再考虑调整图3和图4中转轴理论零线3或者小齿轮锥柄理论零线5任意一个的位置，也即调整小齿轮的理论插入深度B，直到最小过盈量和最大过盈量满足条件为止；

第五步、设计厚度为的工艺垫片9，厚度的上公差b和下公差a满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件；

第六步、将该工艺垫片9置于小齿轮内侧端面4与转轴传动端端面2之间，将小齿轮6推入转轴8内锥孔中直到抵紧工艺垫片9为止；

第七步、取出工艺垫片9，完成装配。本发明中各公式中的各字母单位均为mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种牵引电机内插齿过盈配合结构，包括牵引电机（1）、小齿轮（6）和大齿轮，所述小齿轮（6）左端通过锥柄（7）插入到牵引电机（1）的转轴（8）中固定，所述大齿轮与小齿轮（6）啮合，其特征在于：所述锥柄（7）插入转轴（8）后，保证小齿轮内侧端面（4）与转轴传动端端面（2）之间的距离满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件，其中，a、b分别为的下公差和上公差，c为转轴（8）的加工公差，d为牵引电机（1）的安装公差，M为大齿轮、小齿轮（6）的中心线允许的最大窜动量；所述锥柄（7）实际能够产生最小过盈量的插入深度为Lmin=B-E-H，实际能够产生最大过盈量的插入深度为Lmax=B+F+G，其中，B为不考虑任何公差的情况下小齿轮（6）的理论插入深度，E为转轴内锥理论零线（3）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）小端的最远距离，F为转轴内锥理论零线（3）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）大端的最远距离，G为锥柄理论零线（5）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）小端的最远距离，H为锥柄理论零线（5）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）大端的最远距离。

2.一种牵引电机内插齿过盈配合结构的装配设计方法，其特征在于包括七步：

第一步、不考虑任何公差，根据转矩传递要求计算锥柄（7）的理论插入深度B；

第二步、根据牵引电机（1）安装空间对轴向长度的限制，选择小齿轮内侧端面（4）距离转轴传动端端面（2）的尺寸，并根据大齿轮、小齿轮（6）的中心线允许的最大窜动量M来计算A的上公差b和下公差a，使得上公差b和下公差a满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件，其中c为转轴（8）的加工公差，d为牵引电机（1）的安装公差；

第三步、考虑轴向公差和径向公差，计算由锥柄（7）与转轴（8）实际结合能产生过盈的最小深度Lmin=B-E-H、最大深度Lmax=B+F+G，对应产生的最小过盈量为Lmin/内插齿锥度，最大过盈量为Lmax/内插齿锥度；其中，E为转轴内锥理论零线（3）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）小端的最远距离，F为转轴内锥理论零线（3）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）大端的最远距离，G为锥柄理论零线（5）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）小端的最远距离，H为锥柄理论零线（5）考虑轴向公差和径向公差累积后产生的偏向锥柄（7）大端的最远距离；

第四步、校核最小过盈量是否满足电机起动的最小转矩要求，最大过盈量是否满足材料的屈服极限要求；若不满足，应优先调整的公差，然后再考虑调整转轴理论零线（3）或者小齿轮锥柄理论零线（5）任意一个的位置，也即调整小齿轮的理论插入深度B，直到最小过盈量和最大过盈量满足条件为止；

第五步、设计厚度为的工艺垫片（9），厚度的上公差b和下公差a满足（b-a）+|c|+|d|≤M的条件；

第六步、将该工艺垫片（9）置于小齿轮内侧端面（4）与转轴传动端端面（2）之间，将小齿轮（6）推入转轴（8）内锥孔中直到抵紧工艺垫片（9）为止；

第七步、取出工艺垫片（9），完成装配。