【導(dǎo)讀】底部，工作條件惡劣，在輸出動(dòng)力的同時(shí)，將承受輪軌的強(qiáng)大沖擊。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能及機(jī)車運(yùn)行性能的不利影響也愈加明顯。為了保證列車高速運(yùn)行。時(shí)的高可靠性和絕對(duì)安全，必須對(duì)機(jī)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行更全面和深入的分析研究。目前架懸式輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)用于我國(guó)多種機(jī)車。因此，本文主要研究架。懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的主要零件進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了虛擬裝配。成的裝配體就是論文研究的主要模型。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)架懸式輪對(duì)空心。通過(guò)對(duì)該機(jī)構(gòu)的建模，掌握了該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)；

　　

【正文】 orks 當(dāng)中。然后打開(kāi)架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的裝配體，并右鍵單擊運(yùn)動(dòng)算例 1，選擇 “ 生成新運(yùn)動(dòng)分析算例 ” ，在打開(kāi)的 “ Motion 管理器 ” ，選擇分析類型為 “ Motion 分析 ” 模擬按鈕。進(jìn)入 “ Motion 分析 ”界面之后就應(yīng)該設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)了。在 “ Motion” 工具欄中單擊 “ 馬達(dá) ” 按鈕，在 “ 馬達(dá) ”對(duì)話框中單擊 “ 馬達(dá)類型 ” 為 “ 旋轉(zhuǎn)馬達(dá) ” ；在圖形區(qū)域中選擇小齒輪的齒面馬達(dá) “ 零部件方向 ” ；設(shè)定 “ 運(yùn)動(dòng)參數(shù) ” 為等速， 轉(zhuǎn)速待定， 單擊確定按鈕。接下來(lái)就是需要設(shè)置仿真時(shí)間了，鼠標(biāo)拖動(dòng)鍵碼，設(shè)置仿真時(shí)間為 10s， 單擊 “ 計(jì)算 ” 按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算運(yùn)動(dòng)。最后需要繪制架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性曲線。單擊 Motion Manager 工具欄上的 “ 圖解 ” 按鈕，在結(jié)果 Property Manager 中選擇類別為 “ 位移 /速度 /加速度力 ”，子類別為 “ 線性加速度 ” 和結(jié)果分量為 “ 幅值 ” ，在圖形區(qū)域中單擊選擇車輪，就會(huì)彈 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 出車輪的 線性加速度 圖示。為了仿真模擬的準(zhǔn)確性，設(shè)置機(jī)車速度分別為 120km/h、160km/h 兩 種速度情況對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速情況。 ⑴ ?? 120km/h 的時(shí)候， 線性加速度 速仿真分析結(jié)果如下圖 所示： 圖 310 加 速度 （一） ⑴ ?? 160km/h 的時(shí)候， 線性加速度 速仿真分析結(jié)果如下圖 所示： 圖 311 加速度 （二） 以上是對(duì)車輪在兩種速度運(yùn)行情況下的加速度分析，由圖可知加速度在不穩(wěn)定一段 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 時(shí)間之后會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的值，便于機(jī)車的運(yùn)行。 我們還可以對(duì)車輪的角速度分析。 由車輪的速度以及傳動(dòng)比 ? = 可以求得理論上的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由上圖可以得到 ? =3579deg/sec，所以 n= ? /360=。這樣就可以算得仿真分析的實(shí)驗(yàn)值，然后將實(shí)驗(yàn)值和理論值對(duì)比。同理可得到另外兩種速度工況下的車輪的轉(zhuǎn)速 。 重復(fù)上述步 驟，求出三種速度情況下的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的理論值和實(shí)驗(yàn)值，其結(jié)果如下 表 所示： 表 31 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)比 速度（ km/h） 120 140 160 n 理 （ RPM） 1431 1671 1889 n 實(shí) （ RPM） 1428 1667 1885 觀察上表數(shù)據(jù)，理論值與實(shí)際值的比值近似等于 3%，故滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)上訴三種速度的分析，架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的這種設(shè)計(jì)對(duì)于提升機(jī)車速度有很大的作用。通過(guò)對(duì)架懸式輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真分析，探討了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式以及傳力方式。下面具體介紹其運(yùn)動(dòng)特性。 2）架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 橡膠關(guān)節(jié)與連桿銷的間隙配合為 。橡膠關(guān)節(jié)壓入連桿孔直徑壓縮大小為 2mm 。由于橡膠關(guān)節(jié)在工作狀態(tài)下的徑向預(yù)壓縮量為 2mm， 所以在受到徑向載荷時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)間隙，而且徑向剛度比較大，這樣的互補(bǔ)，對(duì)于空心軸兩側(cè)的傳動(dòng)盤(pán)的來(lái)說(shuō)，軸線幾乎不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位的變化，這樣就極大的減小了空心軸旋轉(zhuǎn)精度的變化。車軸相對(duì)于內(nèi)空心軸的徑向運(yùn)動(dòng)是通過(guò)空心軸和車軸的傾斜補(bǔ)償?shù)靡酝晟频模瑑蓚?cè)傳動(dòng)盤(pán)是以軸線為中心的方式徑向錯(cuò)位的。當(dāng)機(jī)車運(yùn)行時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)車輪有垂向跳動(dòng)的時(shí)候，車輪會(huì)跟著傳動(dòng)盤(pán)一起跳動(dòng)的，傳動(dòng)盤(pán)會(huì)產(chǎn)生徑向位移，兩側(cè)的傳動(dòng)盤(pán)就不會(huì)共線。當(dāng)非主動(dòng)車輪發(fā)生產(chǎn)生徑向位移時(shí)，車軸會(huì)產(chǎn)生一個(gè)斜度，兩側(cè)傳動(dòng)盤(pán)會(huì)發(fā)生錯(cuò)位，空心軸也會(huì)跟著發(fā)生傾斜。當(dāng)車軸相對(duì)于內(nèi)空心軸 有軸向位移時(shí)，通過(guò)內(nèi)空心軸的 兩側(cè)連桿的同一方向的傾斜，用內(nèi)空心軸的橫移來(lái)補(bǔ)償傾斜。當(dāng)連桿銷處于傾斜位時(shí)，橡膠關(guān)節(jié)在很小的徑向壓縮量下，就會(huì)使連桿和銷具有比較大的傾斜，從而帶動(dòng)傳動(dòng)盤(pán)也產(chǎn)生比較大的橫移，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)車軸相對(duì)于內(nèi)空心軸的橫移補(bǔ)償；也可以使兩側(cè)傳動(dòng)盤(pán)在軸向和徑向產(chǎn)生平面角位移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償車軸相對(duì)于內(nèi)空心軸的徑向和軸向跳動(dòng)的目的。由于橡膠關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)剛度比較小，從而使空心軸扭轉(zhuǎn)和橫動(dòng)的阻力就比較小?？招妮S兩側(cè)傳動(dòng)盤(pán)上的 6 個(gè)連桿是按照對(duì)聯(lián)的方式來(lái)布置的，當(dāng)連桿受到拉力時(shí)不但在周向可以互 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 相抵消，而且每 個(gè)力對(duì)軸線的獨(dú)立力矩也能夠相互抵消，也不會(huì)產(chǎn)生附加的力矩，從而實(shí)現(xiàn)了六連桿機(jī)構(gòu)在三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的解耦。 電動(dòng)機(jī)是架懸的方式，輪對(duì)與牽引電機(jī)之間不存在剛性連接，當(dāng)機(jī)車處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，輪對(duì)受到的沖擊是隨機(jī)的，這樣的情況下?tīng)恳姍C(jī)與輪對(duì)之間就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)方向的位移。為了使這些位移能夠得到補(bǔ)償，空心軸在裝配在車軸的過(guò)程中，設(shè)置了兩個(gè)間隙參數(shù) 即 δ1 車軸和空心軸裝配之間的間隙和 δ２ 空心軸和空心軸套之間的間隙。這兩個(gè)間隙參數(shù)的作用是保證機(jī)車在運(yùn)行時(shí)，空心軸與空心軸套、車軸與空心軸不發(fā)生碰撞。在通常情況下，這兩個(gè)參數(shù)一般設(shè)置的大一點(diǎn)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行優(yōu)化。例如，軸承采用窄型超薄系列，對(duì)牽引電機(jī)的外形進(jìn)行弧形處理。同時(shí)將空心軸筒體設(shè)計(jì)成錐形等措施。從而確定了以上兩個(gè)參數(shù)的大小。 當(dāng)機(jī)車處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)這兩個(gè) 間隙參數(shù)的改變以及彈性橡膠關(guān)節(jié)的作用，弱化了輪軌沖擊作用對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。當(dāng)輪軌間發(fā)生垂向沖擊時(shí)，首先假設(shè)沖擊發(fā)生在第一端，橡膠關(guān)節(jié)處于變形狀態(tài)，連桿等零件會(huì)產(chǎn)生一 定的斜度，輪對(duì)會(huì)帶動(dòng)與這一端相連的傳動(dòng)盤(pán)、六連桿、空心軸裝配等 大齒輪側(cè)輸出端相對(duì)于電機(jī)等零件發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時(shí)候可以用 δ２ 得到緩沖。假設(shè)沖擊發(fā)生在第二段，輪軌沖擊會(huì)使輪對(duì)繞第一端相對(duì)于空心軸裝配體各零件發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時(shí)就可以用 δ1得以補(bǔ)償。當(dāng)輪軌產(chǎn)生橫向沖擊時(shí)，橡膠球形關(guān)節(jié)產(chǎn)生細(xì)微的壓縮和偏轉(zhuǎn)，能夠使連桿產(chǎn)生 比較大的傾斜，就使得系統(tǒng)的兩側(cè)產(chǎn)生比較大的相對(duì)于軸向的位移，這 就可以達(dá)到對(duì)輪對(duì)橫向移動(dòng)的補(bǔ)償。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)橡膠球形關(guān)節(jié)的形狀改變和各間隙的變化，可以有效地實(shí)現(xiàn)輪 對(duì) 軌 道系統(tǒng) 與 牽引 電機(jī)之間的彈性隔離。 由以上知識(shí)可知：外空心軸上裝配 有驅(qū)動(dòng) 小齒輪以及制動(dòng)盤(pán)，是用來(lái) 傳遞驅(qū)動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩 的重要機(jī)構(gòu)；內(nèi)空心軸設(shè)計(jì)成 錐形 的 結(jié)構(gòu)， 目的是 節(jié)省運(yùn)動(dòng) 的空間；六連桿機(jī)構(gòu)由連桿和連接盤(pán)組裝而成，在 12 個(gè) 連桿 的 兩端 都 裝有球形橡膠關(guān)節(jié)；由于球形橡膠關(guān)節(jié) 具 有 比較大的徑向剛度以及比較小的回轉(zhuǎn)剛度，因此 輪對(duì)雙空心軸 驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu) 就 具有 比 較大 的驅(qū)動(dòng)剛度。此外，橡膠球形關(guān)節(jié)和內(nèi)空心軸以及 連桿的 相互 聯(lián)合作用， 能夠使輪對(duì)在小阻尼力 的情況下可自由地沉浮以及 單跳。 小結(jié) 輪對(duì)空心軸傳動(dòng)方式有以下特點(diǎn) ： 1） 輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有足夠大的扭轉(zhuǎn)剛度 ， 具有特別高的粘一滑振動(dòng)穩(wěn)定性能 ， 能夠?qū)崿F(xiàn)比較高的粘著利用率 ， 最大限度的發(fā)揮機(jī)車或動(dòng)車的牽引能力。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 2）輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠適應(yīng)輪對(duì)系統(tǒng)相對(duì)于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的自由運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠使機(jī)車具有比較良好的走行穩(wěn)定性能。 3） 輪對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠進(jìn)一步地減輕機(jī)車簧下質(zhì)量 ， 而減小簧下質(zhì)量對(duì)鋼軌的硬性沖擊 ， 降低輪軌之間的動(dòng)作用力。 4） 大齒輪是依靠固定的空心軸坐在電機(jī)上 ， 能夠保證牽引齒輪副的正常嚙合傳動(dòng) ，大大的提高齒輪副的使用壽命 ， 減少了牽引電動(dòng)機(jī)的故障率。 5）輪對(duì)雙空心軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求徑向間隙比其它類型的傳動(dòng)裝置都要大 ， 整個(gè)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ， 加工難度大 ， 維護(hù)以及檢修的工作量大。 6） 為 了 適應(yīng)輪對(duì)相對(duì) 于 驅(qū)動(dòng)裝置的各種運(yùn)動(dòng) 方式 ，輪對(duì)雙空心軸 機(jī)構(gòu) 的軸與軸 之間， 要 比架承式轉(zhuǎn)向架需 要 更大的徑向間隙。為 了減小非 平衡力對(duì)轉(zhuǎn)向架的影響， 輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)在內(nèi)外空心軸 裝配 軸線對(duì)中 的 時(shí) 候 ，應(yīng) 該 保證一定精度 要求 的動(dòng)不平衡量。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 總 結(jié) 此設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)架懸式輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與建模，熟悉了輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各組成零件的結(jié)構(gòu)，再應(yīng)用 SolidWorks 三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模和模擬裝配，最后運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，了解了架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。 1. 架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu) 剛開(kāi)始研制的時(shí)候主要用于 SS DF11型等機(jī)車上，目前該機(jī)構(gòu)已經(jīng)適用于準(zhǔn)高速機(jī)車以及動(dòng)車組上，為我國(guó)鐵路提速做出了巨大的貢獻(xiàn)。架懸式輪對(duì)空心軸主要零部件有輪對(duì)、空心軸、傳動(dòng)盤(pán)、橡膠球形關(guān)節(jié)、大小齒輪等零件組成。 2. 架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)零部件的三維建模 運(yùn)用 SolidWorks 三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)零部件建模時(shí)，采用 “ 拉伸 ” 、“ 旋轉(zhuǎn)切除 ” 、 “ 鏡像 ” 、 “ 抽殼 ” 等方法對(duì)車軸、空心軸、傳動(dòng)盤(pán)等零部件進(jìn)行三維造型，最后用同軸心，重合以及圓周陣列等裝配方法對(duì)架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)各零件進(jìn)行虛擬裝配。 3. 架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的動(dòng)力仿真分析 應(yīng)用 SolidWorks 三維設(shè)計(jì)軟件自帶的插件 Motion 對(duì)架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，得到了該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在 120km/h、 140km/h、 160km/h 三種速度下的車輪角速度曲線圖 以及 120km/h、 160km/h 兩種速度下的線性加速度 。由曲線圖 可以倒推出電動(dòng)機(jī)是分析數(shù)據(jù)，得到了其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最后由公式可以計(jì)算出電機(jī)的理論轉(zhuǎn)速。兩者對(duì)比，可以得到基本一致的答案，滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)分析，了解輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。 由于在設(shè)計(jì)過(guò)程中，數(shù)據(jù)獲得不夠完善，對(duì)零部件的建模 造成一定的影響，進(jìn)而影響虛擬裝配。 總之， 經(jīng)過(guò)了三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì) 完成了架懸式輪對(duì)空心軸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及一定程度的仿真分析。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 致 謝 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)與大力 支持。在此特別感謝朱喜鋒老師的大力幫助。指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和大力支持使我在總體設(shè)計(jì)的把握上得到了非常大的幫助，同時(shí)給我提供了非常優(yōu)越的設(shè)計(jì)環(huán)境和詳細(xì)的參考資料，并在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上給予了我們耐心的指導(dǎo)，對(duì)于我順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了很大的作用。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)提高我的三維實(shí)體設(shè)計(jì)能力、運(yùn)動(dòng) 仿真分析能力等有許多益處。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我還明白了作為一名車輛工程專業(yè)的大學(xué) 本科 畢業(yè)生，我們要會(huì)的不僅僅是設(shè)計(jì)一個(gè)零件，更重要的是要保證零件在運(yùn)行中的可靠性以及安全性的要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)繁重，但正是在這幾個(gè)月緊張而充實(shí)的 設(shè)計(jì)中，我感到自己的知識(shí)得到了一次升華，我相信：我的畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)給我的四年大學(xué)畫(huà)上一個(gè)圓滿的句號(hào)。在此我再一次感謝我的指導(dǎo)老師朱喜鋒老師在百忙之中給予了我精心的輔導(dǎo)與幫助。 轉(zhuǎn)眼間，大學(xué)生活即將結(jié)束，回首過(guò)去四年的大學(xué)生活，真是有苦也有樂(lè)，然而更多的則是收獲。特此感謝我的母校 —— 蘭州交通大學(xué)，以及在大學(xué)四年生活中給予我關(guān)心和幫助的老師和同學(xué)，他們不但無(wú)私地傳授給我知識(shí)，也教會(huì)了我做人的道理。在以后的人生中我將牢記各位老師孜孜不倦的教誨，我會(huì)在以后的工作和學(xué)習(xí)中不斷完善自己，為我最熱愛(ài)的母校爭(zhēng)光，為自己翻開(kāi)輝煌 的新篇章。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 參考文獻(xiàn) [1] 朱喜鋒 .機(jī)車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [M].成都 :西南交通大學(xué)出版社 ,2021. [2] 趙叔東 .韶山 8 型電力機(jī)車 [M].北京 :中國(guó)鐵道出版社 ,2021. [3] 余衛(wèi)斌 .韶山 9 型電力機(jī)車 [M].北京 :中國(guó)鐵道出版社 ,2021. [4] 商躍進(jìn) .動(dòng)車組車輛構(gòu)造 與設(shè)計(jì) [M].成都 :西南交通大學(xué)出版社 ,2021. [5] 曹茹 .SolidWorks 2021 三維設(shè)計(jì)及仿真教程 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [6] 趙懷耘 .輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究 [D].成都 :西南交通大學(xué) ,2021. [7] 葛來(lái)薰 .自主研發(fā)我國(guó)第二代架懸式輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)裝置 [J].電力機(jī)車與城軌車輛 ,2021. [8] 鐘文生 ,張紅軍 .高速輪對(duì)空心軸式轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元系統(tǒng)分析 [J].成都 :西南交通大學(xué)學(xué)報(bào) ,1999,34(1):1218. [9] 楊烔 .SS8 機(jī)車連桿尺寸的改進(jìn)建議 .[J].電力機(jī)車技術(shù) ,1997,2:2425. [10] 中華人民共和國(guó)鐵道部 .機(jī)車車輛車輪輪緣踏面外形 (TB/T449－ 2021)