一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，所述车轴齿轮箱包括：一端设置圆柱齿轮，另一端设置锥齿轮的中间轴，所述圆柱齿轮与平行于所述中间轴的输入轴上的圆柱齿轮分别垂直于所述中间轴和所述输入轴轴线，且两所述圆柱齿轮相啮合，所述锥齿轮与垂直于所述中间轴的输出轴上的锥齿轮啮合，在所述箱体接近所述圆柱齿轮的最顶部设计倒T字型的收油结构，在所述轴承设置进油口和出油口，在所述圆柱齿轮和锥齿轮循环交叉位置设置润滑隔离板；本发明采用符合流体力学的基本结构、合理的润滑集油及油道布置、利于交换散热的外部形状、同时兼顾了结构工艺性，实现了在宽传动比范围内车轴齿轮箱的高效润滑和冷却，提升车轴齿轮箱的综合性能，同时，提升了可靠性和经济性。
【专利说明】
一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构
技术领域
[0001]本发明涉及一种车轴齿轮箱结构，具体讲涉及一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构。
【背景技术】
[0002]车轴齿轮箱位于轨道车两轮对之间的车轴上，是轨道车传动系统的最后一个总成。车轴齿轮箱将传递过来的动力改变90°，并将输入扭矩放大、转速降低，驱动轮对，使轨道车行驶。针对车轴齿轮箱为一二级传动的车轴齿轮箱，其工作特点为即要适应整车高速160公里/小时高效动力传动的需求，也需适应在低速5公里/小时以下稳定运行作业的需求。由于齿轮箱传动比适应范围需超过30以上，如果采用压力润滑的方式对系统进行润滑和冷却，将很难选到适合该转速范围的润滑油栗，如果采用齿轮箱被动齿轮甩油润滑，则必须解决低速润滑和高速甩油损失之间的矛盾。
[0003]车轴齿轮箱是铁路机车上重要的配套传动装置，其中润滑结构是否合理可靠直接影响该车轴齿轮箱正常使用，进而影响行车安全。申请号为“201511021532.4”，名称为“车轴齿轮箱润滑结构”的实用新型专利申请，其车轴齿轮箱润滑结构包括上箱体1、轴承座2、第一锥滚子轴承3、第二锥滚子轴承4、密封盖5、油池6、螺栓7、下箱体8、圆柱滚子轴承9，第一锥滚子轴承3和第二锥滚子轴承4所需的润滑油来源是通过车轴齿轮箱齿轮传动啮合过程中将下箱体8中的润滑油甩起，润滑油飞溅后进入第一锥滚子轴承3和第二锥滚子轴承4中进行润滑，同时飞溅起的润滑油一部分在油池6中存储，存储的润滑油高度高于第一锥滚子轴承3的外圈孔径时对第一锥滚子轴承3和第二锥滚子轴承4进行润滑。当润滑油存储高度高于油池6的储油高度时，油池6中的润滑油由油池6回流到下箱体8中，此动作往复循环。
[0004]对第一锥滚子轴承3和第二锥滚子轴承4进行的润滑油，要经过圆柱滚子轴承9后才能对其润滑。在此车轴齿轮箱开始运转时，第一锥滚子轴承3、第二锥滚子轴承4无足够润滑油对其进行有效可靠润滑油，第一锥滚子轴承3、第二锥滚子轴承4极易烧损，造成机车停止运行，影响铁路交通。
[0005]为了解决传动的车轴齿轮箱对高效润滑和冷却的要求，迫切需要一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构。
[0007]本发明提供的技术方案是:一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，所述车轴齿轮箱包括:一端设置圆柱齿轮，另一端设置锥齿轮的中间轴，所述圆柱齿轮与平行于所述中间轴的输入轴上的圆柱齿轮分别垂直于所述中间轴和所述输入轴轴线，且两圆柱齿轮相啮合，所述锥齿轮与垂直于所述中间轴的输出轴上的锥齿轮啮合，其特征在于，在所述箱体接近所述圆柱齿轮的最顶部设计倒T字型的收油结构，在所述轴承设置收油口和出油口，在所述圆柱齿轮和锥齿轮循环交叉位置设置润滑隔离板。
[0008]优选的，在所述箱体的内壁结构和所述箱体转角过度处采用弧形结构形式。
[0009]优选的，在所述箱体的外部结构采用符合空气动力学的外观形式。
[0010]优选的，所述倒T字型的收油结构采用对称结构。
[0011 ] 优选的，组成所述箱体的材料包括:碳C:彡0.30;锰Mn:彡1.20;磷P:彡0.04;硫S:彡 0.04;硅 SK0.50。
[0012]优选的，所述圆柱齿轮由按质量百分数计的下述组份制得:采用碳C:0.17?0.23，硅S1:0.17?0.37，锰Mn:0.80?1.10，铬Cr:1.00?1.30，硫S:允许残余含量彡0.035，磷P:允许残余含量<0.035，镍Ni:允许残余含量<0.030，铜Cu:允许残余含量<0.030，钛Ti:0.04?0.10；
[0013]所述锥齿轮由按质量百分数计的下述组份制得:小齿轮由碳C:0.17?0.23，硅S1:0.17?0.3，锰Mn:0.30?0.60，硫S:彡0.03，磷P:彡0.03，铬Cr:1.25?1.65，镍N1:3.25?3.65，大齿轮由碳C:0.17?0.23，硅S1:0.17?0.37，猛Μη:0.80?1.10，铬Cr: 1.00?1.30，硫S:允许残余含量<0.035，磷P:允许残余含量<0.035，镍Ni:允许残余含量<0.030，铜Cu:允许残余含量彡0.030，钛T1:0.04?0.10;
[0014]所述轴承由按质量百分数计的下述组份制得:主要成分为Fe(铁元素)，且含有以下少量元素:C: 0.42?0.50%，S1:0.17?0.37%，Mn: 0.50?0.80%，P:彡0.035%，S:彡
0.035% ,Cr:^0.25% ,Ni:^0.25%，Cu:<0.25%。
[0015]优选的，所述倒T字型的收油结构工作原理包括:齿轮旋转搅油时由惯性所产生的润滑油到达倒T字型收油口后，顺着倒T字型方向流到轴承收油口处。
[0016]优选的，所述轴承的润滑包括:润滑油顺着倒T字型方向流到轴承收油口处，从而实现对轴承的润滑，或在齿轮旋转时，润滑油沿着箱体壁旋转进入预留的润滑孔，进而流入轴承进油口处，实现对轴承的润滑。
[0017]优选的，在所述箱体的前端、后端与侧面、地面的连接部位采用大圆弧结构，在所述箱体的底部设计了散热格栅。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0019]1、本发明所述的结构在承载轴承部位采用集油、导油结构，满足轴承润滑需求；
[0020]2、本发明采用符合润滑油流体力学的润滑油甩油过程的导流结构设计，以减低在高速运行过程中甩油损失过高的问题；
[0021]3、本发明采用分割两级齿轮传动润滑循环的结构，以解决在高速甩油循环中润滑油内部损耗过高的问题。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的车轴齿轮箱传动原理示意图；
[0023]图2为本发明的车轴齿轮箱基本结构示意图；
[0024]图3为本发明的车轴齿轮箱轴承收油口和出油口结构示意图；
[0025]图4为本发明的车轴齿轮箱倒T字型的收油结构示意图；
[0026]图5为本发明的车轴齿轮箱轴承润滑结构示意图；
[0027]图6为本发明的系统润滑冷却循环示意图；
[0028]其中1-箱体、2-输入轴、3-轴承、4-圆柱齿轮副、5-中间轴、6_锥齿轮副、7_输出轴、8-润滑隔离板、9-轴承收油口、10-倒T字型的收油结构、11-轴承出油口、12-箱体预留进油口、13-箱体预留出油口、A-系统润滑冷却循环正转图、B-系统润滑冷却循环正转结构简图、C-系统润滑冷却循环反转图、D-系统润滑冷却循环反转结构简图。
【具体实施方式】
[0029]为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
[0030]本发明提供一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构:中间轴5的一端设置圆柱齿轮，另一端设置锥齿轮，所述圆柱齿轮与平行于所述中间轴5的输入轴2上的圆柱齿轮分别垂直于其轴线，且两齿轮相啮合，所述锥齿轮与垂直于所述中间轴5的输出轴上的锥齿轮啮合，在所述箱体I接近所述圆柱齿轮的最顶部设计倒T字型的收油结构10，在所述轴承3设置收油口 9和出油口 11，在所述圆柱齿轮和锥齿轮循环交叉位置设置润滑隔离板8。
[0031]倒T字型的收油结构10采用对称结构，在箱体I的内壁结构和所述箱体转角过度处采用弧形结构形式，在箱体I的外部结构采用符合空气动力学的外观形式。
[0032]在圆柱齿轮和锥齿轮两级传动之间设置隔离墙，构成圆柱齿轮和锥齿轮两级传动相对隔离的结构形式，避免在实际运行中，两级齿轮搅油润滑过程中，出现润滑循环干涉的现象，从而导致系统的空损增加;在隔离墙的底部和中部设置润滑循环油口，用于实现润滑油的充分交换。
[0033]圆柱齿轮和锥齿轮循环交叉位置设置有润滑隔离板8，可保证在能进行润滑油充分交换的基础上，实现系统的高效润滑。
[0034]倒T字型的收油结构10工作原理包括:齿轮旋转搅油时由惯性所产生的润滑油到达倒T字型收油口后，顺着倒T字型方向流到轴承收油口处。
[0035]轴承3的润滑包括:润滑油顺着工字型方向流到轴承收油口处，从而实现对轴承的润滑，或在齿轮旋转时，润滑油沿着箱体壁旋转进入预留的润滑孔，进而流入轴承进油口处，实现对轴承3的润滑，对轴承3润滑后润滑油通过轴承出油口 11流出。
[0036]在箱体I的前端、后端与侧面、地面的连接部位采用大圆弧结构，在增大散热面积的同时，也可实现在实际运行过程中，与空气的充分热交换，在箱体的底部设计了散热格栅，更好的实现系统的高效冷却。
[0037]箱体由按质量百分数计的下述组份制得:碳C:彡0.30;猛Mn:彡I.20;磷P:彡0.04;硫S:彡0.04;硅SK0.50。
[0038]圆柱齿轮由按质量百分数计的下述组份制得:采用碳C:0.17?0.23，硅S1:0.17?
0.37，猛Mn: 0.80?1.10，铬Cr:1.00?I.30，硫S:允许残余含量<0.035，磷P:允许残余含量^0.035，镍Ni:允许残余含量<0.030，铜Cu:允许残余含量<0.030钛Ti:0.04?0.10；
[0039]锥齿轮由按质量百分数计的下述组份制得:小齿轮由碳C:0.17?0.23，硅S1: 0.17?0.3，锰Mn:0.30?0.60，硫S:彡0.03，磷P:彡0.03，铬Cr:1.25?1.65，镍N1:3.25?3.65，大齿轮由碳C:0.17?0.23，硅S1:0.17?0.37，猛Μη:0.80?1.10，铬Cr:1.00?1.30，硫S:允许残余含量<0.035，磷P:允许残余含量<0.035，镍Ni:允许残余含量<0.030，铜Cu:允许残余含量<0.030，钛Ti:0.04?0.10；
[0040]轴承由按质量百分数计的下述组份制得:主要成分为Fe(铁元素)，且含有以下少量元素:C: 0.42 ?0.50%，S1:0.17?0.37%，Μη:0.50?0.80%，P:彡0.035%，S:彡
0.035% ,Cr:^0.25% ,Ni:^0.25%，Cu:<0.25%。
[0041 ]由图1和图2所示，图1车轴齿轮箱传动原理图，图2为基本结构图。本发明在结构上采用圆柱齿轮和锥齿轮两级传动相对隔离的结构形式，避免在实际运行中，两级齿轮搅油润滑过程中，出现润滑循环干涉的现象，从而导致系统的空损增加；同时，为了实现润滑油的充分交换，在隔离墙的底部和中部(锥齿轮顶部)，设计了润滑循环油口，同样，为了提高系统效率，在圆柱齿轮和锥齿轮循环交叉位置，设计了润滑隔离板8，可保证在能进行润滑油充分交换的基础上，实现系统的高效。在整个齿轮箱外形上，采用了大量的大圆弧结构，在增大散热面积的同时，也可实现在实际运行过程中，与空气的充分热交换，实现系统的高效冷却。
[0042]如图3和图4所示，倒T字型的收油结构位于箱体接近圆柱齿轮侧的最顶部，其结构用于收集齿轮旋转搅油通过惯性所产生的润滑油。齿轮在正转和反转两种情况下，润滑油到达倒T字型收油口后，顺着倒T字型方向流到轴承收油口处，从而为轴承提供润滑，随后润滑油经轴承出油口流出。在车轴齿轮箱中，还有其它轴承的润滑具有相同结构，这只显示了一处。
[0043]如图5所示，当齿轮旋转时，润滑油沿着箱体壁旋转，进入预留的润滑孔中，从而进入轴承的进油口，通过箱体中的设计的轴承润滑出油口，从而实现了轴承润滑和润滑油的循环。
[0044]如图6所示，在正、反转工作状态下，润滑油的循环示意图。其中在正转条件下，通过被动锥齿轮的搅油实现了润滑在箱体底部的大循环;在反转条件下，通过合理的油道布置，实现在齿轮箱中部(锥齿轮顶部)的循环。由该图可知，本润滑结构除能保证各润滑需求点的充分给定外，也实现了润滑油与箱体I之间进行充分的热交换，为实现高效冷却奠定了基础。
[0045]为了适应车轴齿轮箱正反工况条件，在齿轮箱的前后端与侧面、地面等连接部位，均采用了大圆弧结构，以实现齿轮箱在实际工况中的高效冷却，同时底部设计大量散热格栅也极大的提高了齿轮箱的冷却效率。
[0046]采用本发明开发完成的产品，在输入转速2800转/分钟、车轴输出转速965转/分钟、功率分流输出转速1950转/分钟、实验室自然散热、润滑油采用美孚80w-90齿轮油、被动锥齿轮浸油深度为60mm、被动圆柱齿轮浸油深度为30mm的条件下，齿轮箱的空载扭矩在30?35Nm之间，空载损失功率在8.8?10.3kW，系统空载平衡温度在95摄氏度左右。检查经温度平衡试验试验后的车轴齿轮箱各轴承点、上下箱体的温度，各点温度温差不超过5摄氏度，且最高温度出现在被动锥齿轮的斜下方的箱体处，表面系统各点润滑相对均匀，且热交换条件良好。在输入转速180转/分钟、输入功率500kW、自然冷却的条件下，系统运行到热平衡后，各轴承点、上下箱体的温升均不超过30摄氏度，并经过50小时强化考核无故障。
[0047]以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，所述车轴齿轮箱包括:一端设置圆柱齿轮，另一端设置锥齿轮的中间轴，所述圆柱齿轮与平行于所述中间轴的输入轴上的圆柱齿轮分别垂直于所述中间轴和所述输入轴轴线，且两所述圆柱齿轮相啮合，所述锥齿轮与垂直于所述中间轴的输出轴上的锥齿轮啮合，其特征在于，在所述车轴齿轮箱的箱体接近所述圆柱齿轮的最顶部设计倒T字型的收油结构，在所述输入轴的轴承设置收油口和出油口，在所述圆柱齿轮和锥齿轮循环交叉位置设置润滑隔离板。2.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，在所述箱体的内壁结构和所述箱体转角过度处采用弧形结构形式。3.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，在所述箱体的外部结构采用符合空气动力学的外观形式。4.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，所述倒T字型的收油结构采用对称结构。5.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，组成所述箱体由按质量百分数的下述组份制得:碳C:彡0.30;猛Mn:彡1.20;磷P:彡0.04;硫S:彡0.04;硅SK0.50。6.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，所述圆柱齿轮由按质量百分比计的下述组份制得:采用碳C:0.17?0.23，硅S1:0.17?0.37，猛Μη:0.80?1.10，铬Cr:1.00?I.30，硫S:允许残余含量彡0.035，磷P:允许残余含量彡0.035，镍Ni:允许残余含量<0.030，铜Cu:允许残余含量<0.030钛Ti:0.04?0.10； 所述锥齿轮由按质量百分比计的下述组份制得:小齿轮由碳C: 0.17?0.23，硅S1: 0.17?0.3，锰Mn:0.30?0.60，硫S:彡0.03，磷P:彡0.03，铬Cr:1.25?1.65，镍N1:3.25?3.65，大齿轮由碳C:0.17?0.23，硅S1:0.17?0.37，猛Μη:0.80?1.10，铬Cr:1.00?1.30，硫S:允许残余含量<0.035，磷P:允许残余含量<0.035，镍Ni:允许残余含量<0.030，铜Cu:允许残余含量<0.030，钛Ti:0.04?0.10； 所述轴承由按质量百分比计的下述组份制得:主要成分为Fe(铁元素)，且含有以下少量元素:C: 0.42 ?0.50%，S1:0.17?0.37%，Μη:0.50?0.80%，P:彡0.035%，S:彡0.035% ,Cr:^0.25% ,Ni:^0.25%，Cu:<0.25%。7.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，所述倒T字型的收油结构工作原理包括:齿轮旋转搅油时由惯性所产生的润滑油到达倒T字型收油口后，顺着倒T字型方向流到轴承收油口处。8.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，所述轴承的润滑包括:润滑油顺着倒T字型方向流到轴承收油口处，从而实现对轴承的润滑，或在齿轮旋转时，润滑油沿着箱体壁旋转进入预留的润滑孔，进而流入轴承进油口处，实现对轴承的润滑。9.如权利要求1所述的车轴齿轮箱用高效润滑与冷却结构，其特征在于，在所述箱体的前端、后端与侧面、地面的连接部位采用大圆弧结构，在所述箱体的底部设计了散热格栅。
【文档编号】F16H57/04GK105937615SQ201610497335
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】马贵叶, 张祖智, 吴超, 赵凯, 郭婷, 吴庆彤, 张芃, 吕阳, 韩博, 李永军
【申请人】中国北方车辆研究所