RU2207267C2

RU2207267C2 - Balanced articulated driver coupling

Info

Publication number: RU2207267C2
Application number: RU2001117629/28A
Authority: RU
Inventors: ев А.И. Бел; А.И. Беляев; А.Г. Горбунов; И.В. Максименко
Original assignee: Московский государственный открытый университет
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: railway transport. SUBSTANCE: invention relates to couplings used as transfer mechanisms in traction drives of diesel locomotives, electric locomotives and electric trains. Proposed device contains driving and driven flanges, each provided with three cantilever forks uniformly spaced over circumference. Forks are connected with some ends of six drives by means of hollow shafts and rubber-metal blocks. Outer ends of drivers are connected with six forks of three bell-cranks by means of similar shafts and rubber-metal blocks. Bell-cranks are interconnected for movement in center by means of antifriction bearings. Pins of hollow shafts of driving and driven flanges are connected in pairs with interference by means of three lightened tie-rod from cantilever side. EFFECT: increased tolerable rotation of balanced coupling without torsional vibrations in system. 2 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается локомотивостроения, а именно муфт, применяемых в качестве передаточных механизмов для тяговых приводов тепловозов, электровозов, электропоездов. The invention relates to railway transport and relates to locomotive construction, namely, couplings used as transmission mechanisms for traction drives of diesel locomotives, electric locomotives, electric trains.

Известен механизм для передачи вращающего момента от полого вала тягового электродвигателя на ось колесной пары локомотива, содержащий рычаги, на концах которых шарнирно закреплены поводки, шарнирно связанные с полым валом и осью, при этом шарниры полого вала и оси, чередуясь, расположены равномерно по окружности, а рычаги выполнены двуплечими и шарнирно соединены средней частью между собой, а плечи каждого рычага соединены соответственно с полым валом и осью колесной пары. Данное изобретение (авт. св. 446441, кл. В 61 С 9/40, 1974) принимается в качестве аналога. A known mechanism for transmitting torque from a hollow shaft of a traction electric motor to the axis of a locomotive’s wheel pair, comprising levers, at the ends of which leashes are pivotally mounted pivotally connected to the hollow shaft and axis, while the hollow shaft and axis hinges, alternating, are evenly spaced around the circumference, and the levers are made of two shoulders and pivotally connected between the middle part, and the shoulders of each lever are connected respectively to the hollow shaft and the axle of the wheelset. This invention (ed. St. 446441, class B 61 C 9/40, 1974) is accepted as an analogue.

Данный механизм, однако, не пригоден для передачи вращающего момента между валами с большой частотой вращения из-за высоких напряжений в консольно расположенных вилках шарниров. This mechanism, however, is not suitable for transmitting torque between shafts with a high rotational speed due to high voltages in the cantilever-mounted forks of the hinges.

Известен также механизм для передачи вращающего момента от полого вала тягового электродвигателя на ось колесной пары локомотива, содержащий запрессованные в приливы двустороннего фланца полого вала и равномерно расположенные по окружности три ведущих пальца. Ведущие пальцы при помощи резинометаллических блоков и поводков соединены с тремя рычагами, связанными между собой в центре шарнирно с помощью тел качения (подшипников качения). Вторые концы рычагов при помощи резинометаллических блоков и ведомых поводков соединены с тремя ведомыми пальцами, запрессованными в центр колеса колесной пары. There is also a known mechanism for transmitting torque from a hollow shaft of a traction motor to the axle of a locomotive’s wheel pair, comprising three leading fingers pressed into the tides of a double-sided flange of the hollow shaft and evenly spaced around the circumference. Leading fingers with the help of rubber-metal blocks and leads are connected to three levers connected to each other in the center pivotally using rolling elements (rolling bearings). The second ends of the levers using rubber-metal blocks and driven leashes are connected to three driven fingers, pressed into the center of the wheel of the wheelset.

Данный механизм (авт. св. 580136, кл. В 61 С 9/40, 1977), который в технической литературе (Бирюков И. В., Беляев А.И., Рыбников Е.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М.: Транспорт, 1986, с. 76) получил название уравновешенной шарнирно-поводковой муфты (УШПМ), принимается в качестве прототипа. This mechanism (ed. St. 580136, class B 61 C 9/40, 1977), which is in the technical literature (Biryukov I.V., Belyaev A.I., Rybnikov E.K. Traction gears of electric rolling stock of railways. M .: Transport, 1986, p. 76) received the name of a balanced articulated coupling (USPM), adopted as a prototype.

Этот механизм, как и предыдущий, также непригоден для передачи вращения между валами с динамической и статической расцентровкой, перекосом и смещением их осей при высокой частоте их вращения. This mechanism, like the previous one, is also unsuitable for transmitting rotation between shafts with dynamic and static misalignment, skew and displacement of their axes at a high frequency of rotation.

Цель настоящего изобретения - повышение допустимой частоты вращения уравновешенной шарнирно-поводковой муфты, передающей вращающий момент между валами, имеющими в процессе работы статическую и динамическую радиальную расцентровку, статический и динамический перекос, а также статическое и динамическое продольное смещение, не вызывая при этом крутильных колебаний в системе. The purpose of the present invention is to increase the permissible rotation speed of a balanced hinged-coupling coupling transmitting torque between shafts having a static and dynamic radial misalignment, static and dynamic misalignment, as well as static and dynamic longitudinal displacement, without causing torsional vibrations in system.

Это достигается тем, что в уравновешенной шарнирно-поводковой муфте, содержащей ведущий и ведомый фланцы, каждый из которых имеет три равномерно расположенные по окружности консольные вилки, которые посредством полых валиков и резинометаллических блоков соединены с одними концами шести поводков, вторые концы которых соединены посредством аналогичных валиков и резинометаллических блоков с шестью вилками трех двуплечих рычагов, подвижно соединенных между собой в центре посредством подшипников качения, причем пальцы полых валиков каждого, как ведущего, так и ведомого фланцев с их консольных сторон соединены с преднатягом попарно между собой тремя облегченными тягами. This is achieved by the fact that in a balanced hinged-drive coupling containing a driving and driven flanges, each of which has three cantilever forks evenly spaced around the circumference, which are connected to one end of six leads by hollow rollers and rubber-metal blocks, the second ends of which are connected by similar rollers and rubber blocks with six forks of three two-arm levers movably connected to each other in the center by means of rolling bearings, with the fingers of the hollow rollers each On both the leading and the driven flanges, from their cantilever sides they are connected to the preload in pairs by three lightweight rods.

На фиг.1 изображена уравновешенная шарнирно-поводковая муфта, вид с торца; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. Figure 1 shows a balanced swivel-coupling coupling, end view; figure 2 is a section aa in figure 1.

Уравновешенная шарнирно-поводковая муфта для передачи вращающего момента между валами двух объектов, например электродвигателя, закрепленного на раме тележки, и осевого редуктора колесной пары, вынужденных при функционировании иметь статическую и динамическую расцентровку, а также статический и динамический перекос и продольное смещение соединяемых муфтой валов вследствие прогиба пружин рессорного подвешивания при движении по неровностям железнодорожного пути, состоит из ведущего фланца 1, который может быть соединен с хвостовиком вала якоря (ротора) электродвигателя посредством шлицев, болтового крепления или прессовой посади. Ведущий фланец 1 имеет три равномерно расположенные по окружности консольные вилки. Они посредством полых валиков 2, винтов 3 и шайб 4, а также резинометаллических блоков, состоящих из втулки 5, кольцевого буртика 6 и резинового элемента 7 соединены с головками трех ведущих поводков 8. Поводки 8 изготавливаются из легких высокопрочных алюминиевых сплавов или из углепластика. Противоположные головки поводков 8 соединены аналогичным путем посредством полых валиков 2 с гайками 3 и шайбами 4, а также резинометаллических блоков с вилками трех двуплечих рычагов 9, 10 и 11. Двуплечие рычаги 9, 10 и 11 подвижно соединены между собой в центре посредством подшипников качения 12 и 13, крышки 14, кольца 15, фиксатора 16 и болтов 17 так, что они могут вращаться друг относительно друга. Внутренняя полость подшипникового узла рычагов 9, 10 и 11 защищена от попадания пыли и влаги манжетами 18. Вилки на противоположных концах двуплечих рычагов 9, 10 и 11 соединены с головками трех ведомых поводков точно так же, как это описано выше, а противоположные их головки аналогичным путем соединены с консольно расположенными вилками ведомого фланца 19, который может быть выполнен за одно целое с валом осевого редуктора или крепиться к нему посредством болтов. Валики 2 с консольных сторон вилок ведущего и ведомого фланцев снабжены пальцами, на которые с преднатягом надеваются облегченные тяги 20, связывая с преднатягом попарно их между собой. Тяги 20 крепятся на пальцах валиков 2 корончатыми гайками 21. Balanced swivel coupling for transmitting torque between the shafts of two objects, for example, an electric motor mounted on a trolley frame, and an axial gearbox of a pair of wheels, which are forced to have a static and dynamic alignment during operation, as well as static and dynamic skew and longitudinal displacement of the shafts connected by the coupling due to deflection of spring suspension springs when moving along irregularities of the railway track, consists of a leading flange 1, which can be connected to the shank shaft of the motor armature (rotor) by means of splines, bolt fastening or press fit. The drive flange 1 has three cantilever forks evenly spaced around the circumference. They are connected through hollow rollers 2, screws 3 and washers 4, as well as rubber blocks consisting of a sleeve 5, an annular collar 6 and a rubber element 7 to the heads of the three leading leads 8. The leads 8 are made of lightweight high-strength aluminum alloys or carbon fiber. The opposite heads of the leads 8 are connected in a similar way by means of hollow rollers 2 with nuts 3 and washers 4, as well as rubber blocks with forks of three two-arm levers 9, 10 and 11. Two-arm levers 9, 10 and 11 are movably interconnected in the center by means of rolling bearings 12 and 13, covers 14, rings 15, retainer 16, and bolts 17 so that they can rotate relative to each other. The inner cavity of the bearing assembly of the levers 9, 10 and 11 is protected from dust and moisture by the cuffs 18. The forks at the opposite ends of the two-arm levers 9, 10 and 11 are connected to the heads of the three driven leashes in the same way as described above, and their opposite heads are similar by connected to cantilever-mounted forks of the driven flange 19, which can be made integrally with the shaft of the axial gearbox or attached to it by means of bolts. The rollers 2 on the cantilever sides of the forks of the driving and driven flanges are provided with fingers, on which lightweight rods 20 are put on with a preload, linking them with each other in preload. Rods 20 are mounted on the fingers of the rollers 2 with castellated nuts 21.

Работает уравновешенная шарнирно-поводковая муфта следующим образом. Вращающий момент от вала электродвигателя и связанного с ним ведущего фланца 1 передается посредством полых валиков 2 и резиновых элементов 7 на ведущие поводки 8, а от них также посредством полых валиков 2 и резиновых элементов 7 - на вилки ведущих концов двуплечих рычагов 9, 10 и 11. Центральная точка двуплечих рычагов 9, 10 и 11, соединенных между собой подвижно посредством подшипников качения 12, 13 и болтов 14, всегда уравновешена под действием сил, направленных в пространстве под углом 120^o, и поэтому она служит точкой опоры. Силы с ведомых концов двуплечих рычагов 9, 11 и 12 через полые валики 2 и резиновые элементы 7 передаются трем ведомым поводкам 8, которые точно таким же образом соединены с вилками ведомого фланца 15.The balanced articulated coupling works as follows. The torque from the motor shaft and the associated drive flange 1 is transmitted through the hollow rollers 2 and rubber elements 7 to the drive leads 8, and from them also through the hollow rollers 2 and rubber elements 7 to the forks of the leading ends of the two-arm levers 9, 10 and 11 The central point of the two-arm levers 9, 10 and 11, movably connected to each other by means of rolling bearings 12, 13 and bolts 14, is always balanced under the action of forces directed in space at an angle of 120 ^o , and therefore it serves as a fulcrum. The forces from the driven ends of the two-arm levers 9, 11 and 12 are transmitted through the hollow rollers 2 and the rubber elements 7 to the three driven leads 8, which are connected in the same way to the forks of the driven flange 15.

При движении колесной пары по неровностям железнодорожного пути возникает смещение вала осевого редуктора относительно вала электродвигателя. Компенсация радиального смещения валов осуществляется путем поворота поводков 8 в шарнирах за счет внутренней деформации резиновых элементов 7. При этом центр двуплечих рычагов 9, 10 и 11 перемещается в радиальном направлении в два раза меньше значения расцентровки соединяемых валов, а все элементы уравновешенной шарнирно-поводковой муфты будут вращаться вокруг неподвижного в пространстве центра тяжести. Следовательно, в работе шарнирно-поводковая муфта не создает дополнительной неуравновешенности против исходной, которая невелика и контролируется на балансировочном станке. Угловые и осевые смещения соединяемых муфтой валов компенсируются путем поперечного отклонения поводков 8 и поперечно-угловой деформации резиновых элементов 7. When the wheelset moves along the irregularities of the railway track, an axial gearbox shaft displacement relative to the motor shaft occurs. Compensation of the radial displacement of the shafts is carried out by turning the leads 8 in the hinges due to the internal deformation of the rubber elements 7. In this case, the center of the two-arm levers 9, 10 and 11 moves in the radial direction two times less than the alignment of the connected shafts, and all the elements of the balanced hinged-coupling will rotate around a center of gravity motionless in space. Therefore, in operation, the articulated coupling does not create additional imbalance against the original, which is small and is controlled on a balancing machine. The angular and axial displacements of the shafts connected by the coupling are compensated by lateral deflection of the leads 8 and lateral-angular deformation of the rubber elements 7.

До тех пор, пока в тяговых приводах железнодорожного подвижного состава применялись электродвигатели постоянного тока, частота вращения якорей которых не превышала 2400 мин^-1, проблем прочности элементов УШПМ не возникало. С применением асинхронных электродвигателей частота вращения ротора повысилась до 4000 мин^-1. При этом резко возросли центробежные силы, действующие на вилки ведущего 1 и ведомого 15 фланцев, а также на вилки двуплечих рычагов 9, 10 и 11. В самом деле на радиусе 0,2 м масса m поводка 2 развивает центробежную силу:

т. е. поводок становится тяжелее своего веса в три с половиной тысячи раз. Аналогично утяжеляются и все другие элементы УШПМ. Столь значительные силы, действующие на консольно расположенные вилки ведущего 1 и ведомого 15 фланцев, создают опасные изгибащие напряжения в местах перехода лап к дискам. Поэтому установка с преднатягом облегченных тяг 16 на пальцы полых валиков 2 со стороны консоли вилок ведущего 1 и ведомого 15 фланцев позволяет воспринимать им консольные центробежные силы и тем самым исключить опасные изгибные напряжения в местах перехода лап к дискам. Останутся лишь растягивающие напряжения, значение которых не опасно для прочности лап. Что касается прочности двуплечих рычагов 9, 10 и 11, то консольность расположения вилок на крайних из них невелика, и возникающие при этом напряжения вполне допустимы.Until DC motors were used in the traction drives of the railway rolling stock, the rotation frequency of the anchors of which did not exceed 2400 min ^-1 , there were no problems with the strength of the elements of the angle grinder. With the use of induction motors, the rotor speed increased to 4000 min ^-1 . In this case, the centrifugal forces acting on the forks of the leading 1 and the driven 15 flanges, as well as on the forks of the two-

arm levers

9, 10 and 11, sharply increased. In fact, at a radius of 0.2 m, the mass m of the leash 2 develops centrifugal force:

that is, the leash becomes heavier than its weight three and a half thousand times. Similarly, all other USPM elements become heavier. Such significant forces acting on the cantilever forks of the leading 1 and the driven 15 flanges create dangerous bending stresses at the points of transition of the paws to the disks. Therefore, the installation of lightweight rods 16 on the fingers of the hollow rollers 2 with the preload on the console side of the forks of the drive 1 and the driven 15 flanges allows them to perceive cantilever centrifugal forces and thereby eliminate dangerous bending stresses at the places where the legs move to the disks. Only tensile stresses remain, the value of which is not dangerous for the strength of the paws. As for the durability of the two-arm levers 9, 10 and 11, the cantilever arrangement of the forks on the extreme of them is small, and the stresses arising from this are quite acceptable.

Таким образом, установка с преднатягом облеченных тяг 16 на пальцы полых валиков со стороны консоли вилок ведущего 1 и ведомого 15 фланцев расширяет скоростной диапазон применения УШПМ и делает ее пригодной для асинхронного привода. Thus, the installation with a preload of the clad rods 16 on the fingers of the hollow rollers from the side of the console of the forks of the leading 1 and the driven 15 flanges expands the high-speed range of the angle grinder and makes it suitable for asynchronous drive.

В заключение следует заметить, что УШПМ - кинематически совершенный механизм. Муфта не создает кинематических возбуждений при передаче вращающего момента между валами в условиях их расцентровки, перекоса и осевого смещения. Пригодность для высокооборотных машин делает ее перспективной для применения в тяговых приводах второго класса с асинхронным электродвигателем на железнодорожном подвижном составе. In conclusion, it should be noted that USPM is a kinematically perfect mechanism. The coupling does not create kinematic excitations when transmitting torque between the shafts under conditions of their alignment, skew and axial displacement. The suitability for high-speed machines makes it promising for use in traction drives of the second class with an asynchronous electric motor on railway rolling stock.

Claims

Balanced swivel coupling for transmitting torque between warped, radially and longitudinally shifting shafts in operation, for example, between an electric motor shaft and a shaft of a drive gear of an axial gearbox of a traction drive of a railway rolling stock, containing a driving and driven flanges, each of which has three evenly spaced around the circumference are cantilever forks, which are connected to one ends of six leads by means of hollow rollers and rubber-metal blocks, the second ends of which are connected by means of similar rollers and rubber-metal blocks with six forks of three two-arm levers movably connected to each other in the center by means of rolling bearings, characterized in that the fingers of the hollow rollers of each, both the driving and the driven flanges from their cantilever sides, are connected with a preload in pairs between three lightweight rods.