CN105299188A - 快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体，包括铸造铝合金材料制成的承载式齿轮箱体，齿轮箱体上连接有过渡座，过渡座与吊杆装配相连，过渡座采用C级铸钢材料，齿轮箱体上主动齿轮、从动齿轮两侧均安装有轴承，在齿轮箱体的每个轴承安装位置均设置由球墨铸铁制成的轴承箱，轴承箱与轴承相适配，齿轮箱体内部设置通风道结构，整体采用低温压铸成型。铝合金箱体为机车提速和减重做出突出贡献，提高整车的动力学性能，过渡座适用于刚性架悬和弹性架两种悬挂方式，本发明适用于快速机车动力系统。

Description

快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体

技术领域

本发明涉及机车齿轮箱体技术领域。

背景技术

我国内燃和电力机车用驱动齿轮箱体一般采用板材焊接结构和球墨铸铁铸造结构。

板材焊接结构齿轮箱体多应用于内燃机车，其制造工艺简单生产周期短，但由于焊接结构的限制，密封结构设计很难保证有足够的轴向空间，存在一定的渗漏现象，同时焊接结构的也会造成渗漏或者裂纹等故障的出现。

球墨铸铁齿轮箱体多应用于电力机车，主流机车上应用的主要有承载式和非承载式齿轮箱体。承载式齿轮箱体改善轴承的运用环境，提高轴承的使用寿命；改善了齿轮啮合条件，使得传动齿轮啮合平稳。非承载式齿轮箱体虽不具备承载式的优点，但其结构简单，安装拆卸方便，仍得到广泛运用。

目前，机车领域新设计制造的齿轮箱体也有少数采用铸造铝合金材料，但只局限于分体非承载式齿轮箱体。

一、如图1所示，分体非承载式齿轮箱体，材料为球墨铸铁材料。

该类型齿轮箱体分为上下齿轮箱体，通过螺栓将上下箱体连接；传动齿轮分别安装在电机轴和车轴上，齿轮箱体主要起到防护和密封的作用。

该齿轮箱体技术的缺点和不足之处：

1)由于采用球墨铸铁材料重量较大，而且大部分为簧下重量，增加轮轨作用力；

2)该结构只适合抱轴式驱动方式，最高运用速度为120km/h；

3)非承载式齿轮箱体，主动齿轮为悬臂结构致使传动齿轮修形复杂，齿轮传动啮合平稳性差；

4)主动齿轮支撑轴承均需设置在电机内部，使电机重量增加等。

二、如图2所示，整体承载式齿轮箱体，材料为球墨铸铁材料。

该类型齿轮箱体传动齿轮采用两端定位，安装在齿轮箱体上；主动齿轮通过薄板联轴器与牵引电机转子相连，从动齿轮通过齿芯与车轴过盈配合安装在车轴上；齿轮箱体、牵引电机和抱轴箱组成一个刚性连接体，相互之间没有位移。

该齿轮箱体技术的缺点和不足之处：

1)由于采用球墨铸铁材料重量较大，而且大部分为簧下重量，增加轮轨作用力；

2)该结构没有增加吊挂装置，因此只适合抱轴式驱动方式，最高运用速度为120km/h。

三、如图3所示，整体承载式齿轮箱体，材料为球墨铸铁材料。

该类型齿轮箱体传动齿轮采用两端定位，安装在齿轮箱体上；主动齿轮通过薄板联轴器与牵引电机转子相连，从动齿轮采用端齿和六连杆传动方式；齿轮箱体上设置吊挂装置接口。

该齿轮箱体技术的缺点和不足之处：

1)由于采用球墨铸铁材料重量较大，影响机车动力学性能；

2)该结虽然增加吊挂装置，但该接口只适用于刚性架悬方式，最高运用速度为160km/h。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供了一种快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体的技术方案，通过利用强度较高的铝合金材料铸造齿轮箱体来达到降低重量，从而提高动力学性能；并通过设置过渡座方式，来实现一箱多用的功能，使该箱体不仅适用于刚性架悬方案，也适用于弹性架悬方案，降低了研发成本。

本发明采用的技术方案是一种快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体，包括铸造铝合金材料制成的整体承载式齿轮箱体，齿轮箱体上连接过渡座，过渡座与吊杆装配相连，吊杆装配采用弹性架悬或刚性架悬方式，过渡座采用C级铸钢材料，齿轮箱体上主动齿轮、从动齿轮两侧均安装有轴承，在齿轮箱体的每个轴承安装位置均设置由球墨铸铁制成的轴承箱，轴承箱与轴承相适配，齿轮箱体内部设置通风道结构，整体采用低温压铸成型。

铝合金齿轮箱体的壁厚为12—15mm，并辅以多向加强筋来提高箱体刚度。

齿轮箱体采用AC-AlSi7Mg0.3材料。

齿轮箱体表面进行处理得到一层的氧化铝保护层后进行喷漆处理。

齿轮箱体内部设置通风道结构。降低了牵引电机重量的同时，节约了牵引电机的轴向空间。

本发明的有益效果是，铸造铝合金材料的密度约为球墨铸铁的三分之一，可以有效的降低齿轮箱体的重量，从而达到减重的目的，提高整车的动力学性能；快速客运电力机车传动齿轮转速高，对齿轮啮合平稳性要求也随之提高，传统的悬臂式结构很难保证传动效果，因此需要采用承载式齿轮箱体来解决该问题；整体承载式齿轮箱体结构复杂，同时内部设置通风道结构，制造工艺方面采用低压铸造方式，保证箱体的性能满足运用要求；同时铝合金材料的散热性能要优于球墨铸铁，有利于降低轴承温升，提高轴承寿命。该齿轮箱体的结构设计考虑通用性原则，能适合刚性架悬和弹性架悬两种悬挂方式；不同的悬挂方式采用不同的过渡座，采用强度较高的材料以保证吊挂点的足够强度，弥补了铸造铝合金强度的略低的问题。

附图说明

图1为现有技术一示意图。

图2为现有技术一示意图。

图3为现有技术一示意图。

图4为本发明的齿轮箱的剖面图。

图5为本发明弹性架悬的结构示意图，齿轮箱体通过过渡座+吊杆装配并与构架连接；

图6为本发明刚性架悬的结构示意图，齿轮箱体通过过渡座+橡胶关节直接与构架连接。

图中标记为：1-轴承箱一，2-轴承箱二，3-轴承箱三，4-轴承箱四，5-吊杆，6-过渡座，7-齿轮箱。

具体实施方式

本发明公开了一种快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体的技术方案，在原承载式球墨铸铁齿轮箱体的基础上，通过利用比强度高的铸造铝合金材料来达到降低齿轮箱体重量提高动力学性能。齿轮箱体采用AC-AlSi7Mg0.3材料，并通过低压铸造的工艺成型方式，得到质量可靠的齿轮箱体(抗拉强度220Mpa、屈服强度190Mpa)。本发明制造的铸造铝合金齿轮箱体，代替铸铁可减重约60％左右；单个驱动减重约为300kg，提高整车的动力学性能，为这车提速和减重做出突出贡献。

同时，由于铝合金良好的导热性能，使铝合金齿轮箱体的散热性能优于球墨铸铁齿轮箱体，润滑油的散热效果更好，有利于降低轴承温升，提高轴承寿命。另外，通过局部设置加强筋和增加壁厚的方式，并对齿轮箱体反复进行设计优化，从而保证在使用铸造铝合金材料和低压铸造的制造方法的情况下，仍能满足相应的强度要求。

铝合金齿轮箱体的壁厚为12—15mm；并辅以多向加强筋来提高箱体刚度。在铝合金齿轮箱的表面进行处理得到一层致密的氧化铝保护层后进行喷漆处理。

本发明采用的承载式齿轮箱体，主从动齿轮两侧均有轴承支撑，但由于铝合金材料和轴承外圈材料不同的热膨胀系数，在齿轮箱体的每个轴承安装位置均设置了由球墨铸铁制成的轴承箱。这样不仅保证了铝合金箱体与轴承不直接接触，同时还将齿轮传动产生的力均匀的施加在齿轮箱体上，保证齿轮箱体不产生较大的应力集中。在保证了传动平稳性的前提下，分散了施加在齿轮箱体的载荷。

考虑到通用化的设计思维和降低成本的要求，本发明还通过预留接口方式来达到刚性架悬和弹性架悬通用的目的，齿轮箱体设置多种接口，通过设置过渡座方式，来实现一箱多用的功能，根据不同的悬挂方式设计过渡座6，针对不同悬挂方式的机车选用不同的过渡座6，可以降低铝合金齿轮箱体研发和相关试验成本的50％左右。过渡座6部位受力较大，易产生应力集中，过渡座6采用强度较高的C级铸钢材料，这样不仅可以降低研发成本，同时也加强了吊挂点的强度，而且采用高性能材料制造的过渡座6，可以有效的提高应力集中部位的安全系数，延长齿轮箱体的使用寿命。

本发明技术方案在设计阶段还考虑到转向架及驱动装置的平台化理念，保证在不同悬挂方式下齿轮箱体内部零部件装配关系和外部的接口达到100％的统一。如图4-图6所示，该发明中的两种结构保证了与构架的结构位置和型式完全一致，从而可以满足构架和悬挂装置的通用化要求。

本发明采用进风道与齿轮箱体融合的结构形式，该结构虽然复杂，但有利于提高齿轮箱体刚度，降低整个驱动装置重量的作用，同时降低了牵引电机重量，节约了牵引电机的轴向空间。整体采用了低压铸造的工艺方法，保证充型平稳、组织致密、机械性能高，最终形成轮廓清晰、表面光洁的铸件。并进行T6热处理工艺，已达到更好的力学性能要求。

Claims (4)

1.快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体，其特征在于：包括铸造铝合金材料制成的整体承载式齿轮箱体，齿轮箱体上连接过渡座，过渡座与吊杆装配相连，吊杆装配采用弹性架悬或刚性架悬方式，过渡座采用C级铸钢材料，齿轮箱体上主动齿轮、从动齿轮两侧均安装有轴承，在齿轮箱体的每个轴承安装位置均设置由球墨铸铁制成的轴承箱，轴承箱与轴承相适配，齿轮箱体内部设置通风道结构，整体采用低温压铸成型。

2.如权利要求1所述的快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体，其特征在于：铝合金齿轮箱体的壁厚为12—15mm，并辅以多向加强筋来提高箱体刚度。

3.如权利要求1所述的快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体，其特征在于：齿轮箱体采用AC-AlSi7Mg0.3材料。

4.如权利要求1所述的快速机车通用整体承载式铸造铝合金齿轮箱体，其特征在于：齿轮箱体表面进行处理得到一层的氧化铝保护层后进行喷漆处理。