CN104554296B - 一种直驱轮对驱动系统及应用该系统的转向架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直驱轮对驱动系统及应用该系统的转向架，包括驱动电机、车轴，设置在车轴两侧的两个车轮，在驱动电机两侧分别设置一个轴承组件，在轴承组件一侧设置有端盖和内密封圈，在轴承组件的另一侧设置有密封盖和外密封圈，端盖与内密封圈密封连接，密封盖与外密封圈密封连接，密封盖与端盖固定连接，端盖与驱动电机外壳固定连接。本发明实现了电机直接驱动轮对，无需安装齿轮箱和联轴节，极大的降低了驱动系统重量，提高了能量使用效率，降低了车下噪声。通过设置定位轴承和浮动轴承，释放定子和转子的横向移动，减少了转子与定子之间的应力，保证了直驱电机的性能。通过轴承的密封结构，使轴承拥有更佳的密封效果。

Description

一种直驱轮对驱动系统及应用该系统的转向架

技术领域

本发明涉及一种驱动系统，特别涉及一种直驱轮对驱动系统及应用该系统的转向架。

背景技术

轮对驱动系统是动车转向架不可缺少的最重要的部件之一，电机产生的力矩驱动轮对车轴，这是动车产生牵引动力的源泉。目前，受结构空间及电机本身重量的限制，电机转速较高，产生的力矩较小，而轮对转速较低，需要较大的驱动力矩，这个矛盾由齿轮传动系统来解决；齿轮箱小齿轮与电机输出轴相连，大齿轮安装在轮对车轴上，电机产生的小扭矩经过减速齿轮传动系统把扭矩放大后直接驱动轮对；由于增加了一个齿轮传动系统，使结构成本和全寿命维护周期成本增加，降低了传动效率、增加了噪音，还使转向架轴距加大，影响动车的曲线通过性能。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种直接驱动车轴的轮对驱动系统。

本发明的另一个主要目的在于提供一种应用该驱动系统的转向架。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种直驱轮对驱动系统，包括驱动电机、穿过所述驱动电机设有的中心孔的车轴，设置在所述车轴两侧的两个车轮，在所述驱动电机两侧分别设置一个轴承组件，在所述轴承组件一侧设置有抵住轴承组件的端盖和内密封圈，在轴承组件的另一侧设置有抵住轴承组件的密封盖和外密封圈，所述端盖与内密封圈密封连接，所述密封盖与外密封圈密封连接，所述密封盖与端盖固定连接，所述端盖与驱动电机外壳固定连接。

进一步，所述轴承组件包括轴承外圈、轴承内圈以及设置在轴承内圈和轴承外圈之间的滚子，所述轴承外圈与所述驱动电机的端盖连接，所述轴承内圈与所述车轴过盈连接，所述轴承外圈设置凹槽结构，所述滚子嵌入所述凹槽内。

进一步，所述端盖沿车轴轴向延伸出凸环结构，所述轴承组件设置在凸环结构与车轴之间，所述轴承外圈与所述凸环结构连接。

进一步，在所述轴承内圈两侧分别设置有所述内密封圈和外密封圈，所述内密封圈和外密封圈与车轴过盈连接，所述内密封圈与端盖通过迷宫结构密封连接，所述外密封圈与密封盖通过迷宫结构密封连接。

进一步，所述密封盖沿车轴轴向延伸出第一凸圆结构和第二凸圆结构，第一凸圆结构的外缘抵住所述轴承外圈，第二凸圆结构的外表面与所述外密封圈通过迷宫结构密封连接。

进一步，在所述第一凸圆结构与轴承外圈之间设置有隔套，所述隔套的一侧抵住所述轴承外圈，另一侧与所述第一凸圆结构接触。

进一步，所述端盖与所述内密封圈接触的一端截面呈“T”形结构，所述内密封圈的截面形状与所述“T”形结构配合，所述内密封圈将所述“T”形结构的一角包裹。

进一步，所述驱动电机两侧的轴承组件一个为定位轴承，另一个为浮动轴承。

进一步，所述定位轴承的轴承内圈的一侧设置有凸起结构，另一侧设置一挡圈，所述定位轴承的滚子两侧分别被所述凸起结构和挡圈抵住。

进一步，所述浮动轴承的轴承内圈的截面形状为圆台形，所述浮动轴承的滚子可沿车轴轴向位移。

本发明的另一个技术方案是：

一种转向架，包括上述的一种直驱轮对驱动系统。

综上内容，本发明所述的一种直驱轮对驱动系统及应用该系统的转向架，实现了电机直接驱动轮对，无需安装齿轮箱和联轴节，极大的降低了驱动系统重量，提高了能量使用效率，降低了车下噪声。通过设置定位轴承和浮动轴承，释放定子和转子的横向移动，减少了转子与定子之间的应力，保证了直驱电机的性能。通过轴承的密封结构，使轴承拥有更佳的密封效果。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的I放大图；

图3是图1的II放大图；

图4是应用本发明的转向架结构示意图；

图5是图4的A面视图；

图6是本发明基础制动装置安装结构示意图。

如图1至图6所示，驱动电机1，车轴2，车轮3，外壳4，转子5，定子6，左端盖7，凸环结构7-1，“T”形结构7-2，右端盖8，凸环结构8-1，“T”形结构8-2，定位轴承9，浮动轴承10，轴承外圈11，轴承内圈12，凸起结构12-1，滚子13，挡圈14，内密封圈15，外密封圈16，密封盖17，第一凸圆结构17-1，第二凸圆结构17-2，隔套18，凹槽19，密封圈20，凸起21，注油口22，固定螺栓23，紧固螺栓24，构架25，牵引装置26，基础制动装置27，二系弹簧28，侧梁29，横梁30，电机平衡杆31，轮对轴箱32，一系弹簧33，托板34，加强筋35，固定点36。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，轨道车辆直驱轮对驱动系统，包括驱动电机1、车轴2以及车轮3，车轴2两端分别固定一个车轮3，车轴2穿过驱动电机1的中心孔，驱动电机1套装在车轴2上，使驱动电机1悬挂于轮对之间，在两个车轮3外侧分别设置一个轮对轴箱32，轮对轴箱32通过一系弹簧33与转向架构架25连接。

驱动电机1包括外壳4、转子5、定子6、左端盖7以及右端盖8，在外壳4两侧设置左端盖7以及右端盖8，左端盖7和右端盖8通过固定螺栓23与外壳4固定连接，左端盖7和右端盖8的中间处均设有左右向贯通的圆形通孔。在外壳4内设置转子5和定子6，定子6固定安装在外壳4上，转子5与车轴2过盈配合连接。

驱动电机1为永磁电机，永磁电机套装在车轴2上可以直接驱动车轴2转动，省去了齿轮箱和联轴节，使驱动系统重量减轻，提高了能量使用效果，降低了车下噪声。

在驱动电机1与两个车轮3之间均设置有一个轴承组件，其中一个轴承组件为定位轴承9，另一个轴承组件为浮动轴承10。

如图2和图3所示，轴承组件包括轴承外圈11、轴承内圈12以及多个滚子13，多个滚子13设置在轴承外圈11和轴承内圈12之间。定位轴承9的轴承外圈11与驱动电机1的右端盖8连接，浮动轴承10的轴承外圈11与驱动电机1的左端盖7连接，轴承外圈11设置有凹槽结构，其截面形状为“凹”形结构，滚子13嵌入凹槽结构内转动。定位轴承9和浮动轴承10的轴承内圈12均与车轴2过盈配合连接。在左端盖7和右端盖8上设置有给轴承组件供油的注油口22。

如图2所示，右端盖8沿车轴2轴向延伸出凸环结构8-1，右端盖8的截面形状呈“┠”形，右端盖8“┠”形顶部的一角通过固定螺栓23与驱动电机1的外壳4固定连接。定位轴承9设置在凸环结构8-1与车轴2之间，定位轴承9的轴承外圈11与凸环结构8-1的内表面连接。在凸环结构8-1上设置有注油口，用于给内部的定位轴承9注油。

定位轴承9的轴承内圈12靠近驱动电机1的一侧设置内密封圈15，靠近车轮3的一侧为挡圈14，挡圈14的另一侧为外密封圈16，内密封圈15和外密封圈16分别与车轴2过盈连接。

定位轴承9的内密封圈15与右端盖8通过迷宫结构密封连接，右端盖8与内密封圈15接触的一端截面呈“T”形结构8-2，即右端盖8“┠”形底部的一端呈“T”形结构8-2，内密封圈15的截面形状与“T”形结构8-2相配合，内密封圈15将“T”形结构8-2的一角包裹，通过该结构使密封效果更好。

迷宫结构设置在内密封圈15与右端盖8的接触面上，包括设置在内密封圈15上的多个凹槽19，部分凹槽19设置在与“T”形结构8-2顶表面接触的部位，部分凹槽19设置在与“T”形结构8-2一角接触的部位，在与“T”形结构8-2顶表面接触的凹槽19内设置密封圈20，密封圈20的另一面抵住“T”形结构8-2实现密封，在“T”形结构8-2的一角设置凸起21，凸起21与内密封圈15设置在“T”形结构8-2一角的凹槽19配合密封，通过迷宫结构使内密封圈15与右端盖8密封性能更佳。

在定位轴承9的外密封圈16靠近车轮3的一侧还设置有一个密封盖17，外密封圈16与该密封盖17通过迷宫结构密封连接。密封盖17沿车轴2轴向延伸出两个凸圆结构，分别为第一凸圆结构17-1和第二凸圆结构17-2，密封盖17的截面呈”上”字形结构，第一凸圆结构17-1的外缘抵住轴承外圈11，第二凸圆结构17-2的外表面与外密封圈16通过迷宫结构密封连接。密封盖17安装在右端盖8上，密封盖17与右端盖8的凸环结构8-1通过紧固螺栓24固定，固定后密封盖17的第一凸圆结构17-1压紧轴承外圈11。

在第一凸圆结构17-1与轴承外圈11之间设置有隔套18，在隔套18的一侧抵住轴承外圈11，另一侧与第一凸圆结构17-1接触，隔套18用于安装密封盖17时观察密封盖17是否压紧轴承外圈11，在不设置隔套18的情况下，密封盖17安装后如果与凸环结构8-1留有缝隙，则说明密封盖17压紧了轴承外圈11，但如果没有留缝隙，则无法判断密封盖17是否已经压紧轴承外圈11，此时如果在内部加入了隔套18，则可以通过调整隔套18的厚度，使密封盖17在安装时永远与凸环结构8-1之间留有缝隙，这样就确保了密封盖17压紧轴承外圈11。

第二凸圆结构17-2的外表面与外密封圈16通过迷宫结构密封连接，在外密封圈16上设置多个凹槽19，在凹槽19内设置密封圈20，密封圈20的另一面抵住第二凸圆结构17-2的外表面实现密封。

如图2所示，定位轴承9的轴承内圈12的一侧设置有凸起结构12-1，设置凸起结构12-1的一侧为靠近驱动电机1的一侧，在定位轴承9的轴承内圈12的另一侧设置一个挡圈14，设置挡圈14的一侧为靠近车轮3的一侧。定位轴承9的轴承内圈12截面形状为“L”形，其凸起结构12-1抵住滚子13靠近驱动电机1的一面，挡圈14的截面形状为倒“L”形，挡圈14卡和在定位轴承9的轴承内圈12上，将滚子13靠近车轮3的一面抵住，挡圈14的形状和安装结构一方面能够使滚子13不能够位移，另一方面方便滚子13安装拆卸。通过定位轴承9的轴承内圈12的截面形状设计以及挡圈14的设置，限制了除滚子13自身轴向转动外的所有自由度，使得定位轴承9中的滚子13不能够沿车轴2轴向左右移动，实现了电机的横向定位。

如图3所示，左端盖7沿车轴2轴向延伸出凸环结构7-1，左端盖7的截面形状呈“┨”形，左端盖7“┨”形顶部的一端通过固定螺栓23与驱动电机1的外壳4固定连接。浮动轴承10设置在凸环结构7-1与车轴2之间，浮动轴承10的轴承外圈11与凸环结构7-1的内表面连接。在凸环结构7-1上设置有注油口，用于给内部的浮动轴承10注油。

浮动轴承10的轴承内圈12的两侧分别设置有内密封圈15和外密封圈16，内密封圈15靠近驱动电机1一侧，外密封圈16靠近车轮3一侧，内密封圈15和外密封圈16分别与车轴2过盈连接。

浮动轴承10的内密封圈15与左端盖7通过迷宫结构密封连接，左端盖7与内密封圈15接触的一端截面呈“T”形结构7-2，即左端盖7“┨”形底部的一端呈“T”形结构7-2，内密封圈15的截面形状与“T”形结构7-2相配合，内密封圈15将“T”形结构7-2的一角包裹，通过该结构使密封效果更好。

迷宫结构设置在内密封圈15与左端盖7的接触面上，包括设置在内密封圈15上的多个凹槽19，部分凹槽19设置在与“T”形结构7-1顶表面接触的部位，部分凹槽19设置在与“T”形结构7-1一角接触的部位，在与“T”形结构7-1顶表面接触的凹槽19内设置密封圈20，密封圈20的另一面抵住“T”形结构7-1实现密封，在“T”形结构7-1的一角设置凸起21，凸起21与内密封圈15设置在“T”形结构7-1一角的凹槽19配合密封，通过迷宫结构使内密封圈15与左端盖7密封性能更佳。

在浮动轴承10的外密封圈16靠近车轮3的一侧还设置有一个密封盖17，外密封圈16与该密封盖17通过迷宫结构密封连接。密封盖17沿车轴2轴向延伸出两个凸圆结构，分别为第一凸圆结构17-1和第二凸圆结构17-2，密封盖17的截面呈”上”字形结构，第一凸圆结构17-1的外缘抵住轴承外圈11，第二凸圆结构17-2的外表面与外密封圈16通过迷宫结构密封连接。密封盖17安装在左端盖7上，密封盖17与左端盖7的凸环结构7-1通过紧固螺栓24固定，固定后密封盖17的第一凸圆结构17-1压紧轴承外圈11。

在第一凸圆结构17-1与轴承外圈11之间设置有隔套18，在隔套18的一侧抵住轴承外圈11，另一侧与第一凸圆结构17-1接触，隔套18用于安装密封盖17时观察密封盖17是否压紧轴承外圈11，在不设置隔套18的情况下，密封盖17安装后如果与凸环结构7-1留有缝隙，则说明密封盖17压紧了轴承外圈11，但如果没有留缝隙，则无法判断密封盖17是否已经压紧轴承外圈11，此时如果在内部加入了隔套18，则可以通过调整隔套18的厚度，使密封盖17在安装时永远与凸环结构7-1之间留有缝隙，这样就确保了密封盖17压紧轴承外圈11。

第二凸圆结构7-2的外表面与外密封圈16通过迷宫结构密封连接，在外密封圈16上设置多个凹槽19，在凹槽19内设置密封圈20，密封圈20的另一面抵住第二凸圆结构17-2的外表面实现密封。

如图3所示，浮动轴承10的轴承内圈12的截面形状呈圆台形，滚子13与圆台形的上表面接触，滚子13能够沿车轴2轴向左右移动，浮动轴承10的轴承内圈12截面形状选择为两侧有倒角的圆台形，而并非简单的表面为直线的圆柱形，主要为防止因直线加工的误差或加工后存在毛刺，使滚子13的左右位移受阻。由于驱动电机1套装悬挂在车轴2上，驱动电机1的自身重量使车轴2有一定的挠度，这样就使得与车轴2过盈连接的转子5和与电机外壳4固定连接的定子6之间产生应力，浮动轴承10的滚子13连同浮动轴承10的轴承外圈11、密封盖17和左端盖7一并与轴承内圈12之间产生左右位移，释放定子6和转子5的横向移动，减少了转子5与定子6之间的应力，保证了直驱电机的性能。

左端盖7与密封盖17的设置形状以及与浮动轴承10和内外密封圈的接触形式，使左端盖7、密封盖17能够随滚子13的横向位移，从而释放转子5与定子6之间的应力。

浮动轴承10的外密封圈16与密封盖17的迷宫结构采用密封圈20形式，而不采用凸起21与凹槽19配合的形式，也是为了方便左端盖7、密封盖17随滚子13的横向位移。

如图4和图5所示，一种应用了上述驱动系统的转向架，该转向架包括构架25、设置在构架25上的牵引装置26、基础制动装置27、二系弹簧28以及轮对驱动装置。

构架25为H型焊接构架，包括两根侧梁29、两根横梁30，两根横梁30焊接在侧梁29中间将两根侧梁29连接，侧梁29为箱型焊接结构，在侧梁29中间部分设置二系弹簧28，二系弹簧28采用空气弹簧。

如图6所示，在侧梁29的底部固定有一块托板34，基础制动装置27固定在托板34和侧梁29上，托板34焊接固定在侧梁29底部，具体焊接在侧梁29的底部靠近内侧的位置，即靠近牵引装置26的一侧，在托板34与侧梁29底部之间焊接有多块加强筋35，用于提高托板34强度。在侧梁29内侧的立板上设置一个固定点36，在托板34上设置有三个固定点36，设置在侧梁29上的固定点36为在侧梁29两侧立板上均开设有通孔，设置在托板34上的固定点36为开设在托板34上的通孔，在基础制动装置27的一个侧面上设置有四个螺纹孔，通过四个螺栓穿过上述通孔将基础制动装置27固定在侧梁29和托板34上。通过基础制动装置的固定方式，减少横梁的载荷，使构架的受力更加合理。基础制动装置为踏面制动器。

驱动电机1通过电机平衡杆31与横梁30连接，轮对外侧设置轮对轴箱32，轮对轴箱32通过一系弹簧33与侧梁29的端部连接，一系弹簧33为叠层橡胶弹簧。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种直驱轮对驱动系统，包括驱动电机、穿过所述驱动电机设有的中心孔的车轴，设置在所述车轴两侧的两个车轮，其特征在于：在所述驱动电机两侧分别设置一个轴承组件，在所述轴承组件一侧设置有抵住轴承组件的端盖和内密封圈，在轴承组件的另一侧设置有抵住轴承组件的密封盖和外密封圈，所述端盖与内密封圈密封连接，所述密封盖与外密封圈密封连接，所述密封盖与端盖固定连接，所述端盖与驱动电机外壳固定连接；

所述轴承组件包括轴承外圈、轴承内圈以及设置在轴承内圈和轴承外圈之间的滚子，所述轴承外圈与所述驱动电机的端盖连接，所述轴承内圈与所述车轴过盈连接，所述轴承外圈设置凹槽结构，所述滚子嵌入所述凹槽内；

所述驱动电机两侧的轴承组件一个为定位轴承，另一个为浮动轴承；

所述定位轴承的轴承内圈的一侧设置有凸起结构，另一侧设置一挡圈，所述定位轴承的滚子两侧分别被所述凸起结构和挡圈抵住；

所述浮动轴承的轴承内圈的截面形状为圆台形，所述浮动轴承的滚子可沿车轴轴向位移；

所述端盖与所述内密封圈接触的一端截面呈“T”形结构，所述内密封圈的截面形状与所述“T”形结构配合，所述内密封圈将所述“T”形结构的一角包裹。

2.根据权利要求1所述的一种直驱轮对驱动系统，其特征在于：所述端盖沿车轴轴向延伸出凸环结构，所述轴承组件设置在凸环结构与车轴之间，所述轴承外圈与所述凸环结构连接。

3.根据权利要求1所述的一种直驱轮对驱动系统，其特征在于：在所述轴承内圈两侧分别设置有所述内密封圈和外密封圈，所述内密封圈和外密封圈与车轴过盈连接，所述内密封圈与端盖通过迷宫结构密封连接，所述外密封圈与密封盖通过迷宫结构密封连接。

4.根据权利要求1所述的一种直驱轮对驱动系统，其特征在于：所述密封盖沿车轴轴向延伸出第一凸圆结构和第二凸圆结构，第一凸圆结构的外缘抵住所述轴承外圈，第二凸圆结构的外表面与所述外密封圈通过迷宫结构密封连接。

5.根据权利要求4所述的一种直驱轮对驱动系统，其特征在于：在所述第一凸圆结构与轴承外圈之间设置有隔套，所述隔套的一侧抵住所述轴承外圈，另一侧与所述第一凸圆结构接触。

6.一种转向架，其特征在于：包括如权利要求1至5任一项所述的一种直驱轮对驱动系统。