CN108071769A - 齿轮传动装置、高速列车齿轮箱及高速列车 - Google Patents

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CN108071769A CN201711441500.9A CN201711441500A CN108071769A CN 108071769 A CN108071769 A CN 108071769A CN 201711441500 A CN201711441500 A CN 201711441500A CN 108071769 A CN108071769 A CN 108071769A
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transmission gear
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刘国联
杨旭清
张敏海
彭菲
钱娜
曾树华
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Abstract

本发明公开了一种齿轮传动装置，包括第一传动轴和第二传动轴，第一传动轴上套设有第一传动齿轮，第二传动轴上套设有与第一传动齿轮配合的第二传动齿轮，第一传动齿轮的轮齿上嵌设有第一永磁体，第二传动齿轮的轮齿上嵌设有第二永磁体，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合接触的两个齿面上的第一永磁体部分和第二永磁体部分磁极相同。本发明的齿轮传动装置，相互啮合的齿轮的轮齿间始终保持同极相斥，各轮齿在啮合之前，由于受磁斥力作用，使它们的刚性碰撞受到明显的缓冲，相互啮合的齿轮的轮齿间由硬接触变成软接触，一方面可以减小轮齿的磨损，可使齿轮传动机构经久耐用，另一方面也可降低噪声。本发明还提供了一种高速列车齿轮箱及高速列车。

Description

齿轮传动装置、高速列车齿轮箱及高速列车
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种齿轮传动装置以及包含该齿轮传动装置的高速列车齿轮箱和高速列车。
背景技术
高速列车牵引传动系统作为高速列车九大关键技术之一，其对高速列车安全运行起到决定性作用，其中，齿轮传动系统主要负责将牵引电机输出扭矩传递到轮对以驱动列车行进，并通过再生制动技术在列车制动时将列车动能转化为电能反馈给电网。齿轮传动系统作为列车动力传递的关键部件，随着列车重载和高速技术的发展，要求牵引齿轮有很高的可靠性和较长的使用寿命，并且还要求牵引齿轮箱要符合严格的噪声极限值，以保证旅客的舒适性。
齿轮传动作为机械传动中应用最广的一种传动形式，齿轮传动应用越来越普遍，齿轮传动拥有以下好处：传动功率和速度的适用范围广，具有恒定的传动比，传动效率高，工作可靠，使用寿命长，结构紧凑，但是齿轮传动过程中的噪声，振动和冲击大，且齿轮磨损问题严重，具体地，齿轮传动需要通过齿轮轮齿的啮合而实现传动；在轮齿的啮合过程中，两轮齿的表面刚性接触，且接近于线接触，接触面积较小，导致齿轮面容易磨损；另外，当齿轮传动机构配合不够精密的情况下，轮齿的啮合伴随着齿面的碰撞，更容易损坏，因此，在我国高速列车运营过程中，就出现过传动系统齿轮失效、箱体裂纹、轴承温度过高等故障。
因此，对于本领域技术人员来说，如何降低齿轮之间的磨损，成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明目的之一提供一种齿轮传动装置，以降低齿轮之间的磨损，提高齿轮传动的寿命及可靠性。
本发明目的之二提供一种安装有上述齿轮传动装置的高速列车齿轮箱。
本发明目的之三提供一种安装有上述齿轮传动装置或高速列车齿轮箱的高速列车。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种齿轮传动装置，包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴上套设有第一传动齿轮，所述第二传动轴上套设有与所述第一传动齿轮配合的第二传动齿轮，所述第一传动齿轮的轮齿上嵌设有第一永磁体，所述第二传动齿轮的轮齿上嵌设有第二永磁体，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合接触的两个齿面上的第一永磁体部分和第二永磁体部分磁极相同。
作为上述技术方案的改进，所述第一传动齿轮的轮齿设置有沿周向延伸的第一贯通槽，所述第一永磁体设在所述第一贯通槽内，所述第二传动齿轮的轮齿上设置有沿周向延伸的第二贯通槽，所述第二永磁体设在所述第二贯通槽内，所述第一传动齿轮上的每个轮齿两侧齿面的磁极不同，所述第二传动齿轮上的每个轮齿两侧齿面的磁极不同，且所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮之间任意两个存在相互啮合关系的齿面的磁极相同。
作为上述技术方案的改进，还包括封板，所述封板将第一永磁体封装在所述第一贯通槽内以及将第二永磁体封装在所述第二贯通槽内。
作为上述技术方案的改进，所述第一传动齿轮的轮齿设置有沿周向延伸的第一贯通孔，所述第一永磁体设在所述第一贯通孔内，所述第二传动齿轮的轮齿上设置有沿周向延伸的第二贯通孔，所述第二永磁体设在所述第二贯通孔内，所述第一传动齿轮上的每个轮齿两侧齿面的磁极不同，所述第二传动齿轮上的每个轮齿两侧齿面的磁极不同，且所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮之间任意两个存在相互啮合关系的齿面的磁极相同。
作为上述技术方案的改进，还包括离合机构，在离合机构的作用下，所述第一传动齿轮可选择性啮合和断开所述第二传动齿轮。
作为上述技术方案的改进，还包括齿轮齿面清洁机构，所述齿轮齿面清洁机构包括用于铁屑收集的清洁磁体，所述清洁磁体的磁力大于所述第一永磁体和所述第二永磁体的磁力。
作为上述技术方案的改进，所述清洁磁体为电磁铁或永磁体，所述清洁磁体上还设有清洁毛刷。
作为上述技术方案的改进，所述第一传动齿轮通过第一键套设在所述第一传动轴上，所述第二传动齿轮通过第二键套设在所述第二传动轴上。
作为上述技术方案的改进，还包括一套智能监控系统，利用传感器监测齿轮的温度、振动等参数，若探测到温度、振动等参数超过允许阈值，则可通过智能监控系统判断是齿轮转动速度过快、齿轮上的永磁体磁性减弱或其他原因，智能监控系统根据具体情况采取相应的措施，比如齿轮转动速度过快导致温度过高可通过降低齿轮转速或降温措施(比如风冷或水冷强制冷却)；比如永磁体磁性减弱可通过给永磁体充磁来解决。通过智能监控系统可随时监控齿轮传动装置的状态，碰到异常情况提前预警，确保齿轮传动装置长期稳定可靠的运行。
本发明的有益效果是：本发明的齿轮传动装置，所述第一传动齿轮的轮齿上嵌设有第一永磁体，所述第二传动齿轮的轮齿上嵌设有第二永磁体，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合接触的两个齿面上的第一永磁体部分和第二永磁体部分磁极相同，因此相互啮合的齿轮的轮齿间始终保持同极相斥，各轮齿在啮合之前，由于受磁斥力作用，使它们的刚性碰撞受到明显的缓冲，并在进入啮合后保持较小的刚性接触；由此，相互啮合的齿轮的轮齿间由硬接触变成软接触，一方面可以减小轮齿的磨损，可使齿轮传动机构经久耐用，提高寿命及可靠性，另一方面也可降低噪声。
本发明另一方面提供一种高速列车齿轮箱，所述高速列车齿轮箱包括如上述方案中任一项所述的齿轮传动装置。需要说明的是，高速铁路用齿轮箱作为整车系统的关键部件，其运行状态的好坏关系到整车的运行状态与运行安全性。
上述的高速列车齿轮箱，由于设置有上述的齿轮传动装置，因而上述的高速列车齿轮箱具有上述的齿轮传动装置的全部技术效果，在此不再赘述。
本发明再一方面提供一种高速列车，所述高速列车包括如上述方案中任一项所述的齿轮传动装置或上述方案中所述的高速列车齿轮箱。
上述的高速列车，由于设置有上述的齿轮传动装置或高速列车齿轮箱，因而具有上述的齿轮传动装置或高速列车齿轮箱的全部技术效果，在此不再赘述。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的齿轮传动装置具体实施例的结构示意图；
图2是图1的剖视结构示意图；
图3为图2的局部放大示意图。
附图中：
1-第一传动轴 2-第二传动轴 3-第一传动齿轮 4-第二传动齿轮
5-轮齿 6-第一永磁体 7-第二永磁体 8-齿面
9-第一键 10-第二键
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
同时，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1至图3所示，本发明的一种齿轮传动装置，包括第一传动轴1和第二传动轴2，所述第一传动轴1上套设有第一传动齿轮3，所述第二传动轴2上套设有与所述第一传动齿轮3配合的第二传动齿轮4，所述第一传动齿轮3的轮齿5上嵌设有第一永磁体6，所述第二传动齿轮4的轮齿5上嵌设有第二永磁体7，所述第一传动齿轮3与所述第二传动齿轮4啮合接触的两个齿面上的第一永磁体6部分和第二永磁体7部分磁极相同。
其中，具体可选地，如图2所示，所述第一传动齿轮3通过第一键9套设在所述第一传动轴1上，所述第二传动齿轮4通过第二键10套设在所述第二传动轴2上，即第一传动齿轮3和第一传动轴1之间以及第二传动齿轮4和第二传动轴2之间采用键连接，键连接可以参考现有技术或现有结构进行设置，在此不再赘述。
由上述内容可知，本发明的齿轮传动装置，所述第一传动齿轮3的轮齿5上嵌设有第一永磁体6，所述第二传动齿轮4的轮齿5上嵌设有第二永磁体7，所述第一传动齿轮3与所述第二传动齿轮4啮合接触的两个齿面上的第一永磁体6部分和第二永磁体7部分磁极相同，因此相互啮合的齿轮的轮齿5间始终保持同极相斥，各轮齿5在啮合之前，由于受磁斥力作用，使它们的刚性碰撞受到明显的缓冲，并在进入啮合后保持较小的刚性接触；由此，相互啮合的齿轮的轮齿5间由硬接触变成软接触，一方面可以减小轮齿5的磨损，可使齿轮传动机构经久耐用，可提高寿命及可靠性，另一方面也可降低噪声。因此，本发明的技术方案能够克服齿轮在传动过程中有冲击载荷，相互作用力大等难题，提高了齿轮传动的可靠性，降低了齿轮之间的磨损。
为了便于设置永磁体，所述第一传动齿轮3的轮齿5设置有沿周向延伸的第一贯通槽，所述第一永磁体6设在所述第一贯通槽内，所述第二传动齿轮4的轮齿5上设置有沿周向延伸的第二贯通槽，所述第二永磁体7设在所述第二贯通槽内，所述第一传动齿轮3上的每个轮齿5两侧齿面8的磁极不同，所述第二传动齿轮4上的每个轮齿5两侧齿面8的磁极不同，且所述第一传动齿轮3和所述第二传动齿轮4之间任意两个存在相互啮合关系的齿面8的磁极相同。永磁体可以通过胶粘贴在贯通槽内，也可以卡接，或者通过形状结构上的设计对其限位。优选的，还包括封板，所述封板将第一永磁体6封装在所述第一贯通槽内以及将第二永磁体7封装在所述第二贯通槽内。其中，所述封板可以与轮齿5焊接或螺栓连接，封板的设置可以保证永磁体的位置稳固，永磁体不易脱出安装位置造成磁体脱落。
在另外一种具体实施例中，所述第一传动齿轮3的轮齿5设置有沿周向延伸的第一贯通孔，所述第一永磁体6设在所述第一贯通孔内，所述第二传动齿轮4的轮齿5上设置有沿周向延伸的第二贯通孔，所述第二永磁体7设在所述第二贯通孔内，所述第一传动齿轮3上的每个轮齿5两侧齿面8的磁极不同，所述第二传动齿轮4上的每个轮齿5两侧齿面8的磁极不同，且所述第一传动齿轮3和所述第二传动齿轮4之间任意两个存在相互啮合关系的齿面8的磁极相同。
作为可选的实施方式，所述贯通孔不沿传动齿轮的周向延伸，而斜向设置于所述轮齿5上，即贯通孔从所述轮齿5的一侧斜向贯通至另一侧，一方面是形成一种不对称的磁力作用效果，有利于当两根轮齿5互相啮合至渐渐脱离开来的过程中，轮齿5两侧的磁极，以及下一级轮齿5上的磁极依次产生效果。一方面更有利于对磁体进行固定。另一方面更适应于磁体的两个相反磁极不对称的情况。进一步，优选的，所述磁体中间设置有固定孔，所述磁体斜向固定于轮齿5上，通过铁水对固定孔位置进行浇注固定。
一般的，齿轮啮合过程中，齿轮和永磁体或许会掉下碎屑，这些碎屑为磁性碎屑或者铁屑，这些铁屑吸附在磁体上，两个齿轮啮合过程中，会对轮齿5的齿面8造成损伤，影响齿轮的使用寿命。为了解决上述问题，优选的，还包括离合机构，在离合机构的作用下，所述第一传动齿轮3可选择性啮合和断开所述第二传动齿轮4。需要说明的是，该离合机构可以参考现有技术或现有结构进行设置，如可以包括直线电机和拨杆或者气缸和拨杆，下面以直线电机和拨杆为例进行描述，第一传动齿轮3或第二传动齿轮4上沿周向设有环形槽，相应得，第一传动齿轮3或第二传动齿轮4周向固定且可轴向滑动的设在第一传动轴1或第二传动轴2上，拨杆的一端与直线电机连接，拨杆的另一端与环形槽转动配合，这样通过直线电机和拨杆的配合，就可以使得第一传动齿轮3可选择性啮合和断开所述第二传动齿轮4，具体地，直线电机驱动拨杆轴向移动，拨杆通过与环形槽的轴向限位配合，带着第一传动齿轮3或第二传动齿轮4轴向移动，由此实现第一传动齿轮3可选择性啮合和断开所述第二传动齿轮4，当第一传动齿轮3和所述第二传动齿轮4脱开之后，就可以方便的对齿轮齿面进行清扫和吸附碎屑。
为了便于清扫和吸附碎屑，优选的，还包括齿轮齿面清洁机构，所述齿轮齿面清洁机构包括用于铁屑收集的清洁磁体，所述清洁磁体的磁力大于所述第一永磁体6和所述第二永磁体7的磁力。其中，所述清洁磁体可以为电磁铁，也可为永磁体。该实施例中，清洁磁体的磁力大于所述第一永磁体6和所述第二永磁体7的磁力，以便于清洁磁体吸附第一永磁体6和第二永磁体7上的碎屑后进行集中处理，当离合机构将第一传动齿轮3和所述第二传动齿轮4脱开之后，就可以利用清洁磁体对齿轮齿面进行清扫和吸附碎屑。更为优选的，所述清洁磁体上还设有清洁毛刷。这样，更加有利于铁屑从第一永磁体6和第二永磁体7转移到清洁磁体上。进一步优选的，还包括设置在清洁磁体下方的铁屑收集器。在一种具体实施例中，所述齿轮齿面清洁机构包括转轴和周向固定且可轴向滑动的设置转轴上的清洁磁体，所述清洁磁体上还设有清洁毛刷，且该清洁磁体为电磁铁，所述清洁磁体具有两个工位，在第一工位，离合机构将第一传动齿轮3和所述第二传动齿轮4脱开，清洁磁体移动至与第一传动齿轮3和所述第二传动齿轮4对应的位置后，清洁磁体通电，铁屑从第一永磁体6和第二永磁体7转移到清洁磁体上，在第二工位，将清洁磁体远离第一传动齿轮3和所述第二传动齿轮4，清洁磁体断电消磁，铁屑从清洁磁体上落至铁屑收集器里。更为优选的，还包括固定设置的刮板，清洁磁体断电消磁后，转轴转动，清洁磁体在转动过程中，与刮板发生铁屑在自身重力以及刮板的阻挡作用下从清洁磁体上落至铁屑收集器里。
需要提及的是，上述内容可以参考现有结构或现有技术进行设置，如申请号为201410126918.0的发明公开一种铁屑自排装置，该发明专利方案中，刮板组件与磁铁组件通过传动组件连接，电机带动磁铁组件转动，刮板组件随磁铁组件联动，铁屑在磁铁组件的吸力作用下滑动至侧面并被刮板组件阻挡，进而脱离侧面落入铁屑槽中。
综上，本发明的齿轮传动装置，所述第一传动齿轮3的轮齿5上嵌设有第一永磁体6，所述第二传动齿轮4的轮齿5上嵌设有第二永磁体7，所述第一传动齿轮3与所述第二传动齿轮4啮合接触的两个齿面上的第一永磁体6部分和第二永磁体7部分磁极相同，因此相互啮合的齿轮的轮齿5间始终保持同极相斥，各轮齿5在啮合之前，由于受磁斥力作用，使它们的刚性碰撞受到明显的缓冲，并在进入啮合后保持较小的刚性接触；由此，相互啮合的齿轮的轮齿5间由硬接触变成软接触，一方面可以减小轮齿5的磨损，可使齿轮传动机构经久耐用，可提高寿命及可靠性，另一方面也可降低噪声。因此，本发明的技术方案能够克服齿轮在传动过程中有冲击载荷，相互作用力大等难题，提高了齿轮传动的可靠性，降低了齿轮之间的磨损。
作为可选的实施方案，还包括一套智能监控系统，利用传感器，比如红外线温度传感器或压力传感器监测齿轮的温度、振动等参数，若探测到温度、振动等参数超过允许阈值，则可通过智能监控系统判断是齿轮转动速度过快、齿轮上的永磁体磁性减弱或其他原因，智能监控系统根据具体情况采取相应的措施，比如齿轮转动速度过快导致温度过高可通过降低齿轮转速或降温措施(比如风冷或水冷强制冷却)；比如永磁体磁性减弱可通过给永磁体充磁来解决。通过智能监控系统可随时监控齿轮传动装置的状态，碰到异常情况提前预警，确保齿轮传动装置长期稳定可靠的运行。
本发明另一方面提供一种高速列车齿轮箱，所述高速列车齿轮箱包括如上述实施例中任一项所述的齿轮传动装置。需要说明的是，高速铁路用齿轮箱作为整车系统的关键部件，其运行状态的好坏关系到整车的运行状态与运行安全性。
上述的高速列车齿轮箱，由于设置有上述的齿轮传动装置，因而具有上述的齿轮传动装置的全部技术效果，在此不再赘述。
本发明再一方面提供一种高速列车，所述高速列车包括如上述实施例中任一项所述的齿轮传动装置或上述实施例中所述的高速列车齿轮箱。
上述的高速列车，由于设置有上述的齿轮传动装置或高速列车齿轮箱，因而具有上述的齿轮传动装置或高速列车齿轮箱的全部技术效果，在此不再赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种齿轮传动装置，包括第一传动轴(1)和第二传动轴(2)，所述第一传动轴(1)上套设有第一传动齿轮(3)，所述第二传动轴(2)上套设有与所述第一传动齿轮(3)配合的第二传动齿轮(4)，其特征在于：所述第一传动齿轮(3)的轮齿(5)上嵌设有第一永磁体(6)，所述第二传动齿轮(4)的轮齿(5)上嵌设有第二永磁体(7)，所述第一传动齿轮(3)与所述第二传动齿轮(4)啮合接触的两个齿面上的第一永磁体(6)部分和第二永磁体(7)部分磁极相同。
2.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于：所述第一传动齿轮(3)的轮齿(5)设置有沿周向延伸的第一贯通槽，所述第一永磁体(6)设在所述第一贯通槽内，所述第二传动齿轮(4)的轮齿(5)上设置有沿周向延伸的第二贯通槽，所述第二永磁体(7)设在所述第二贯通槽内，所述第一传动齿轮(3)上的每个轮齿(5)两侧齿面(8)的磁极不同，所述第二传动齿轮(4)上的每个轮齿(5)两侧齿面(8)的磁极不同，且所述第一传动齿轮(3)和所述第二传动齿轮(4)之间任意两个存在相互啮合关系的齿面(8)的磁极相同。
3.根据权利要求2所述的齿轮传动装置，其特征在于：还包括封板，所述封板将第一永磁体(6)封装在所述第一贯通槽内以及将第二永磁体(7)封装在所述第二贯通槽内。
4.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于：所述第一传动齿轮(3)的轮齿(5)设置有沿周向延伸的第一贯通孔，所述第一永磁体(6)设在所述第一贯通孔内，所述第二传动齿轮(4)的轮齿(5)上设置有沿周向延伸的第二贯通孔，所述第二永磁体(7)设在所述第二贯通孔内，所述第一传动齿轮(3)上的每个轮齿(5)两侧齿面(8)的磁极不同，所述第二传动齿轮(4)上的每个轮齿(5)两侧齿面(8)的磁极不同，且所述第一传动齿轮(3)和所述第二传动齿轮(4)之间任意两个存在相互啮合关系的齿面(8)的磁极相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的齿轮传动装置，其特征在于：还包括离合机构，在离合机构的作用下，所述第一传动齿轮(3)可选择性啮合和断开所述第二传动齿轮(4)。
6.根据权利要求5所述的齿轮传动装置，其特征在于：还包括齿轮齿面清洁机构，所述齿轮齿面清洁机构包括用于铁屑收集的清洁磁体，所述清洁磁体的磁力大于所述第一永磁体(6)和所述第二永磁体(7)的磁力。
7.根据权利要求6所述的齿轮传动装置，其特征在于：所述清洁磁体为电磁铁或永磁体，所述清洁磁体上还设有清洁毛刷。
8.根据权利要求1-4任一项所述的齿轮传动装置，其特征在于：所述第一传动齿轮(3)通过第一键(9)套设在所述第一传动轴(1)上，所述第二传动齿轮(4)通过第二键(10)套设在所述第二传动轴(2)上。
9.一种高速列车齿轮箱，其特征在于：所述高速列车齿轮箱包括如权利要求1-8任一项所述的齿轮传动装置。
10.一种高速列车，其特征在于：所述高速列车包括如权利要求1-8任一项所述的齿轮传动装置或权利要求9所述的高速列车齿轮箱。
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