时速350 km中国标准动车组驱动齿轮箱的研制.docx

时速350km中国标准动车组驱动齿轮箱的研制孙涛，高小平，刘建昆（中车北京南口机械有限公司技术中心,北京102202）摘要：介绍了高速动车组用齿轮箱的结构特点、性能参数、仿真计算分析、样机试制及型式试验等内容。齿轮箱的各项性能指标符合设计规范，能够满足中国标准动车组的运用要求。关犍词：中国标准动车组；驱动齿轮箱；参数；结构设计；试验为实现中国高速动车组技术全面自主化，中国铁路总公司主导了时速350km中国标准动车组研制工作，南口公司承担了动车驱动齿轮箱的研制工作。齿轮箱作为动车组动力转向架的关键部件之一，其工作性能直接影响到高速动车组运行的可靠性和安全性。目前，国内运营的高铁齿轮箱大多依赖于国外进口，自主研制中国标准化动车组用齿轮箱不仅可以带来巨大经济效益，而且可以为中国高铁冲出国门、走向世界提供充分的保障。本项目研制从齿轮箱设计参数、计算分析、零部件选型和新型材料选用等方面着手，通过正向开发，完成了齿轮箱的设计，并通过了样机的型式试验，达到了运用条件。1齿轮箱结构设计1.1 齿轮箱结构组成高速动车组用驱动齿轮箱位于动力车体底部，一端悬挂在车轴上，一端悬挂在构架上。列车在高速运行中，轨道的冲击直接作用于齿轮箱上。根据现行规范及线路实测，最大冲击加速度可达IOOg以上。由于运行环境非常恶劣，同时受车体底部空间的限制及高速运行的需要，因此设计一个安全可靠、结构紧凑且轻量化的齿轮箱非常重要1。驱动齿轮箱结构组成图如图1所示，主要包括箱体、输入轴组件、输出轴组件、悬挂结构、接地装置、润滑及密封结构等。箱体输入轴组件输出轴组件图1齿轮箱结构组成1.2 齿轮箱主要技术参数齿轮箱的主要技术参数如下：列车最大运营速度为350km/h;传动比为73/29=2.517;电动机功率（持续）为650kW;电动机最大起动转矩为3000Nm;电动机短路转矩为17300Nm;输入轴最高转速为5499rmino1.3 齿轮箱结构设计1.3.1 传动齿轮设计齿轮传动采用一级减速齿轮副，输入端传动齿轮通过联轴器与牵引电动机转轴联接，通过齿轮副将动力传给大齿轮，大齿轮带动轮对,进而使列车加速运行。牵引齿轮采用斜齿圆柱变位齿轮，模数为7mm,螺旋角为19。，齿宽为60mm,利用SMT公司专业的齿轮设计软件MASTA,对齿轮的强度、传动质量、胶合承载能力和修形等进行仿真计算，使用寿命可满足2400万km的要求。齿轮材料采用目前机车、动车常用材料18CrNiMo7-6渗碳淬火钢，可以承受高转速、高转矩和大冲击的要求。1.3.2 输入轴组件设计输入轴由齿轮轴、轴承、前后轴承套、甩油环和前后端盖等组成。轴承包括2套NU型圆柱滚子轴承和1套QJ型四点接触球轴承，其中圆柱轴承只承受径向力，球轴承只承受轴向力。前端盖和甩油环组成迷宫密封结构，防止润滑油泄漏，后端盖设计为闷盖结构。1.3.3 输出轴组件设计车轴装有大齿轮、圆锥滚子轴承、甩油环、轴承座和端盖等，圆锥滚子轴承用于支承箱体，可承受径向力与轴向力，安装方式为面对面，轴向游隙通过轴承座与箱体间的调整垫片来保证。1.3.4 箱体设计箱体是齿轮箱的储油、支承各个轴系的重要部件。列车高速度、高强度运营以及在巨大冲击作用下，箱体必须安全可靠且轻量化。为了减重，目前高铁齿轮箱大多采用高强度铸造铝合金材料。箱体结构为薄壁件结构，沿车轴分为上箱体和下箱体，箱体前部设置了吊杆托板和安全托，安全托可防止齿轮箱掉落。箱体的强度和模态的计算是应用有限元分析软件ANSYS进行。强度计算包括静强度计算和疲劳强度计算,静强度是在电动机短路转矩及最大冲击载荷共同作用下箱体最大应力小于材料的屈服极限，疲劳强度是在电动机的起动转矩及疲劳冲击载荷共同作用下最大应力小于材料的疲劳极限；模态计算主要目的是研究箱体固有频率是否与线路激扰频率接近，以免引起共振。强度计算应力云图如图2所示。NCopyofyanshEquv<dntStressType:Equivalent(Von-Misex)StressUmtMPaTimtrI2OMI291421101.67Max90.3777908R67783；5648645.489J33892122.595MIl298ANSYS31D2(40000 (mm)100.00300.00图2强度计算应力云图0.0010732Mm1.3.5润滑与密封结构设计高速动车齿轮箱采用油浴飞溅润滑方式，利用浸入油面的轮齿在旋转过程中，将油液甩起，甩起的油液一方面润滑啮合的2个齿轮，另一方面溅落到箱体内的集油槽中，顺着油槽流入油腔润滑轴承，之后润滑油通过回油孔流回油箱重复使用。密封结构为迷宫密封，包括轴向和径向2个方向。设计时应特别注意密封间隙的控制，间隙小，容易发生干涉；反之，影响密封效果。润滑与密封结构示意图如图3所示。电动机侧