一种轨道车辆用横向耦合差速装置的制作方法

1.本发明涉及一种耦合差速装置，尤其涉及一种轨道车辆用横向耦合差速装置，属于轨道交通技术领域。


背景技术：

2.据申请人所知，常规轨道车辆传动中的差速装置为两侧输出，解耦独立轮在平直轨道上运行时，存在轮缘贴靠轨道、独立轮对无法复位相对轨道中心对中的问题；而刚性耦合轮对在经过曲率半径较小的曲线轨道时，内外侧车轮的行程差较大、车轮将产生纵向蠕滑，使车轮受迫通过轮缘贴靠产生内外侧轮径差以补偿行程差，结果引起轮缘磨耗加剧、踏面磨损不均形成多边形，最终导致异常振动、噪声，影响车辆的运行性能。检索发现，公开号为201210574697.4的中国专利文献公开了一种100%低地板车独立轮耦合式驱动装置，其100%低地板有轨电车通过弯轴代替传统车轴，将转向架零部件布置在两侧，转向架中间部位空间设置车厢地板，实现车辆底板面全部为低地板。这种将车轴改为弯轴的技术方案不仅制造和装配工艺复杂化，而且实践表明对于解决平直轨道运行时独立轮对的轨道中心回位以及过小曲率半径轨道时的磨损剧烈问题效果并不显著。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种轨道车辆用横向耦合差速装置，有效保证平直轨道运行时独立轮对回位轨道中心以及小曲率半径轨道运行时抑制磨损的横向耦合差速装置。
4.本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种轨道车辆用横向耦合差速装置，所述装置集成于齿轮箱内部，经齿轮箱驱动传递动力至车轮，所述横向耦合差速装置包括差速装置和耦合装置，所述差速装置经螺栓组与耦合装置连接构成一体布置在车辆的外侧；所述差速装置含有输入齿轮，输出齿轮和鼓形齿传动轴，所述鼓形齿传动轴上沿传动方向穿设输入齿轮和输出齿轮，所述输入齿轮的外径上设有传递动力的圆柱齿轮，所述输入齿轮内部为空心球形，球心处设有套接于鼓形齿传动轴上的空心十字销，所述空心十字销的销轴上装有至少两个贴近球面的行星齿轮，所述行星齿轮靠近空心十字销的一端为行星齿轮锥齿轮，靠近所述鼓形齿传动轴端部的球内安置半轴齿轮，所述半轴齿轮靠近球心的一侧设有半轴齿轮锥齿轮，所述半轴齿轮锥齿轮与所有所述行星齿轮锥齿轮同时啮合，所述半轴齿轮含两个半轴齿轮，一个半轴齿轮为带有外花键、通过外花键传递动力于输出齿轮上的空心传动半轴，另一个半轴齿轮经花键与鼓形齿传动轴连接，所述鼓形齿传动轴依次穿过空心十字销、空心传动半轴和输出齿轮将动力传递至另一侧的齿轮箱的齿轮上；所述耦合装置含有耦合壳体，摩擦片组和碟簧组件，所述耦合壳体内装有摩擦片组，所述摩擦片组的一端装有轴向压紧的碟簧组件，所述摩擦片组连接所述空心传动半轴将动力传至输出齿轮，所述空心传动半轴经摩擦片组与所述耦合壳体耦合。耦合装置采用带有内外花键的摩擦片组将传动半轴与耦合壳体耦合，通过配磨调整垫片厚度调整碟簧组
件的压缩量，调节摩擦片的压力，以达到调整耦合扭矩的目的。通过调整耦合扭矩，以使耦合器在小于设定的曲线半径上实现解耦差速，大于设定的曲线半径上实现耦合同速。
5.上述集成在驱动齿轮箱内部的横向耦合差速装置，通过齿轮箱将动力传递到横向耦合差速装置的输入齿轮上，横向耦合差速装置将动力通过行星轮和半轴齿轮传递到内外两侧的输出齿轮上，分别传递到左右车轮上。
6.本发明的通过以下技术方案进一步实现发明目的：所述输入齿轮上具有与空心十字销的销轴对应的销孔，所述销孔内装有连接销，所述连接销的另一端连接空心十字销。
7.所述半轴齿轮、行星齿轮与球面的接触处分别设有调整齿轮安装距离的球面垫。
8.靠近行星齿轮的传动半轴端部设有传动半轴锥齿轮，所述传动半轴锥齿轮与所有行星齿轮锥齿轮同时啮合。
9.所述鼓形齿传动轴的前端经球轴承与输入齿轮固定，后部经滑动轴承与输出齿轮固定，所述鼓形齿传动轴的末端设有角度补偿的鼓形齿；所述鼓形齿传动轴具有中心油孔以及分别润滑传动半轴和滑动轴承的两个进油口，所述两个进油口的轴线相互交错；所述输入齿轮靠近内孔球面上设有对称的至少两条油槽。
10.所述摩擦片组由至少三片外摩擦片，外摩擦片之间安置的、与其相对滑动的内摩擦片，外摩擦片两侧烧结的合金摩擦块构成；所述摩擦片组的两端设有调整垫片，一侧调整垫片位于含碟簧组件的碟簧压块处，另一侧调整垫片设有轴向定位的弹性挡圈，所述弹性挡圈安装在耦合壳体上，与耦合壳体构成安置摩擦片组、调整垫片、碟簧压块和碟簧组件的空腔；所述摩擦片组内装有空心传动半轴，所述空心传动半轴与输出齿轮啮合。
11.所述耦合壳体内设有壳体内花键，所述外摩擦片外径上设有与所述壳体内花键配合的外摩擦片外花键，所述内摩擦片内孔设有内花键，传动半轴的一端设有与所述内花键配合的传动轴外花键，另一端与输出齿轮内花键配合。
12.所述碟簧压块上设有定位碟簧组件的内孔。
13.本发明的差速装置根据低地板有轨电车的结构特点，将输出设计为同侧输出，使横向耦合差速装置可以布置在车辆外侧，避免将结构布置在车辆中间，节省了转向架中部空间，实现车辆地板面100%低地板。
14.本发明的横向耦合差速装置，使独立轮对获得半刚性耦合性能，即平直轨道上具有近似刚性轮对的运动特性，独立轮对获得纵向蠕滑力，从而产生横向蠕滑力和蠕滑力矩，可使车轴形成摆角，进而使独立轮对动态回复轨道中心，防止车轮轮缘长期贴靠运行，同时，过小曲线时当车轮行程差较大时，横向耦合差速器受迫产生差速，使内外侧车轮产生转速差，以纯滚动的方式顺利通过小曲线，解决了独立轮解耦后的再耦合的难题，具有降低轮缘磨耗、减少车轮踏面擦伤、降低运行噪声振动，提升车辆综合运行性能的优点。
附图说明
15.图1是本发明一个实施例的结构示意图。
16.图2是图1的a-a剖视图。
17.图3是图1的b-b剖视图。
18.图4是图3的局部放大图。
19.图5为本发明一个实施例的工作示意图。
20.图中：100—差速装置，101—输入齿轮，101.1—输入齿轮球面一，101.2—输入齿轮销孔，101.3—输入齿轮圆柱齿轮，101.4—输入齿轮油槽，102—连接销，103—空心十字销，104—行星齿轮，104.1—行星齿轮锥齿轮，104.2—行星齿轮球面二，105—球面垫一，106—半轴齿轮，106.1—半轴齿轮锥齿轮，106.2—半轴齿轮球面三，106.3—半轴齿轮内花键一，107—球面垫二，108—鼓形齿传动轴，108.1—鼓形齿传动轴外花键一，108.2—鼓形齿传动轴鼓形齿，108.3—鼓形齿传动轴中心油孔，108.4—鼓形齿传动轴进油孔一，108.5—鼓形齿传动轴进油孔二，109—球轴承，110—滑动轴承，200—耦合装置，201—耦合壳体，201.1—耦合壳体内花键二，202—摩擦片组，203—外摩擦片，203.1—外摩擦片外花键二，203.2—外摩擦片合金摩擦块，204—内摩擦片，204.1—内摩擦片内花键三，205—调整垫片，206—碟簧组件，207—碟簧压块，208—弹性挡圈，209—传动半轴，209.1—传动半轴外花键三，209.2—传动半轴锥齿轮，300—螺栓组，400—输出齿轮。
具体实施方式实施例
21.[1]本实施例的横向耦合差速装置如图1所示，包括差速装置100和耦合装置200，差速装置100和耦合装置200通过螺栓组300连接为一体。
[0022]
[2]如图1、图2所示，差速装置100设有输入齿轮101，输入齿轮101内部设有球面一101.1，输入齿轮101沿着径向且通过球心设有4个销孔101.2，输入齿轮外径上设有传递输入动力的圆柱齿轮101.3。输入齿轮销孔101.2内安装有4根连接销102，连接销102的另一端与空心十字销103连接。连接销102端部中心设有螺纹孔，方便拆解。连接销102端部采用挡圈轴向定位。
[0023]
[3]空心十字销103的销轴上安装不少于2个行星齿轮104；行星齿轮104靠近空心十字销一端为锥齿轮104.1，行星齿轮锥齿轮104.1不限于直锥齿轮或螺旋锥齿轮，行星齿轮104靠近输入齿轮101一端为球面二104.2，行星齿轮球面二104.2和输入齿轮球面一101.1之间设有球面垫一105，球面垫一105设有两个球面，一个球面与输入齿轮球面一101.1配合，另一个球面与行星齿轮球面二104.2配合。球面垫一105设有不同厚度，用来调整行星齿轮锥齿轮104.1的安装距。
[0024]
[4]如图3所示，输入齿轮101的球面一端安装半轴齿轮106，半轴齿轮106靠近输入齿轮101球心的一侧设有锥齿轮106.1，半轴齿轮锥齿轮106.1不限于直锥齿轮或螺旋锥齿轮，半轴齿轮106靠近输入齿轮球面一101.1的一侧设有球面三106.2。半轴齿轮锥齿轮106.1与所有行星齿轮锥齿轮104.1同时啮合。半轴齿轮球面三106.2与输入齿轮球面一101.1之间设有球面垫二107，球面垫二107设有两个球面，一个球面与输入齿轮球面一101.1配合，另一个球面与半轴齿轮球面三106.2配合。球面垫二107设有不同厚度，用来调整半轴齿轮锥齿轮106.1的安装距。
[0025]
[5]半轴齿轮106中心设有内花键一106.3，半轴齿轮内花键一106.3与鼓形齿传动轴108啮合，鼓形齿传动轴108上设有与半轴齿轮内花键一106.3啮合的外花键一108.1。
[0026]
[6]如图3、图4所示，耦合装置包括耦合壳体201，耦合壳体201内安装有摩擦片组
202，摩擦片组202两端设有调整垫片205，一侧的调整垫片205安装了轴向压紧的碟簧组件206和碟簧压块207；另一侧的调整垫片205设有轴向限位的弹性挡圈208。弹性挡圈208安装在耦合壳体201上，将摩擦片组202、调整垫片205、碟簧压块207和碟簧组件206压装在耦合壳体201内。摩擦片组202内孔安装有空心的传动半轴209，传动半轴209与输出齿轮400啮合，将动力传递给该侧的输出齿轮400。
[0027]
[7]摩擦片组202包含有不少于3片的外摩擦片203，两片外摩擦片203之间均设有内摩擦片204隔开，外摩擦片203两侧烧结有合金摩擦块203.2。外摩擦片203和内摩擦片204相对滑动时，合金摩擦块203.2发生磨损，保护内摩擦片204的摩擦表面。
[0028]
[8]耦合壳体201内部设有内花键二201.1，外摩擦片203外径上设有与耦合壳体内花键二201.1配合的外花键二203.1，内摩擦片204内孔设有内花键三204.1，传动半轴209一端设有与内摩擦片内花键三204.1配合的外花键三209.1。传动半轴外花键三209.1一端与内摩擦片内花键三204.1啮合；另一端与输出齿轮400的内花键啮合，将动力传递给输出齿轮400，再经由齿轮的啮合传动传递到车轮上。
[0029]
[9]碟簧压块207设有定位安装碟簧组件的内孔。
[0030]
[10]调整垫片205厚度可调，其厚度尺寸a与碟簧组件206的压缩量f、碟簧组件自由高度h0、耦合壳体201内部的安装摩擦片组202相关部件的腔体深度b、摩擦片组厚度c、碟簧压块207安装面厚度d、弹性挡圈208的厚度e等有关，即a=b+f-c-d-e-h0；碟簧组件206的压缩量根据碟簧的尺寸特性、碟簧数量、耦合扭矩、摩擦片摩擦系数和摩擦副数量求出，具体计算过程可参照国标gb/t1972《蝶形弹簧》，通过配磨调整垫片205厚度调整碟簧组件206的轴向压紧量，使摩擦片组202获得一个合适的压紧力，继而使传动半轴209和耦合壳体201之间产生一个耦合扭矩。
[0031]
[11]传动半轴209一端设有锥齿轮209.2。传动半轴锥齿轮209.2与所有行星齿轮的锥齿轮104.1同时啮合。齿轮箱动力传递到横向耦合差速装置的输入齿轮101后，经由连接销102传递到空心十字销103，再经由行星齿轮104分流到半轴齿轮106和传动半轴209，分别与齿轮箱的两侧的齿轮啮合，最终驱动两侧的车轮。当车轮通过平直轨道或者大于设定的曲线半径轨道时，两侧车轮行程相同，阻力基本相同，半轴齿轮106和传动半轴209的输出扭矩差值小于摩擦片组202的耦合扭矩，外摩擦片203和内摩擦片204相对静止，则半轴齿轮106和传动半轴209同步旋转；当车轮通过小于设定的曲线半径轨道时，两侧车轮行程差较大，受纵向蠕滑力影响，半轴齿轮106和传动半轴209的输出扭矩差值大于摩擦片组202的耦合扭矩，外摩擦片203和内摩擦片204相对转动，则半轴齿轮106和传动半轴209解耦差速。
[0032]
[12]鼓形齿传动轴108通过球轴承109和滑动轴承110固定安装。球轴承109安装在输入齿轮101内孔端部，球轴承109内圈的一端分别与鼓形齿传动轴108和输入齿轮101贴合，另一端分别用挡圈定位。浮动滑动轴承110安装在输出齿轮400的端部。鼓形齿传动轴108另一端设有角度补偿的鼓形齿108.2，可补偿两侧车轮的驱动齿轮箱之间的位移差。
[0033]
[13]鼓形齿传动轴108设有导油的中心油孔108.3，润滑油从靠近球轴承109一端的孔引入，鼓形齿传动轴108端部设有台阶或卡簧止挡，使润滑油沿着中心油孔108.3向鼓形齿传动轴鼓形齿108.2一侧流动；鼓形齿传动轴108中部设有润滑传动半轴外花键三209.1的进油孔一108.4和润滑滑动轴承110的进油孔二108.5，且进油孔一108.4和进油孔二108.5轴线相互交错。进入鼓形齿传动轴中心油孔108.3的润滑油可同步润滑传动半轴
209的花键副、滑动轴承110和鼓形齿传动轴鼓形齿108.2。
[0034]
[14]输入齿轮101靠近内孔球面上设有对称的不少于2条的油槽101.4，球轴承109旋转挤入输入齿轮101的球面，通过油槽101.4将润滑油导入差速装置100内部，润滑各零部件。
[0035]
[15]使用时，本实施例所处系统的结构如图5所示。齿轮箱通过联轴器1-5与驱动电机连接，齿轮箱分为主动齿轮箱1和被动齿轮箱2，主动齿轮箱1包含三级齿轮传动，被动齿轮箱2为一级齿轮2-1传动，被动齿轮箱一级齿轮2-1参数与主动齿轮箱的第三级齿轮1-4参数完全相同。本实施例的横向耦合差速器1-1集成在主动齿轮箱1的第二级齿轮1-3传动上，通过横向耦合差速器1-1将动力传递给主动齿轮箱的第三级齿轮1-4和被动齿轮箱的一级齿轮2-1。
[0036]
[16]驱动电机将动力通过联轴器1-5传递到齿轮箱第一级齿轮1-2，经由第一级齿轮1-2和第二级齿轮1-3传递到横向耦合差速器装置1-1，通过横向耦合差速装置将动力实现分流，传动半轴209将动力传递到主动齿轮箱的第三级齿轮1-4，半轴齿轮106将动力经过联轴器传动轴4传递到被动齿轮箱一级齿轮2-1，主动齿轮箱第三级齿轮1-4的输出端和被动齿轮箱一级齿轮2-1的输出端分别与两个车轮连接，驱动两侧车轮前进。
[0037]
[17]具体工作过程如下：如图3，差速装置100上的输入齿轮101、行星齿轮104、半轴齿轮106和传动半轴209分别以n0、np、n1和n2的转速旋转，其关系为：n1=n0+np；n2=n0-np。耦合装置200的摩擦片组202将耦合壳体201和传动半轴209以一定的扭矩耦合同步旋转，即n2=n0，此时np=0，得出n1=n2=n0，即输入齿轮101、半轴齿轮106和传动半轴209以相同转速旋转，半轴齿轮106和传动半轴209将动力分别传递到被动齿轮箱齿轮和主动齿轮箱第三级齿轮，经齿轮啮合后传递到左右车轮，使左右车轮以相同的转速旋转。
[0038]
[18]当车辆在平直轨道和大曲线半径轨道上运行时，左右车轮行程差很小，通过车轮锥面踏面滚动圆直径差可实现补偿；当车辆在小曲线半径轨道上运行时，左右车轮行程差很大，左右车轮将产生转速差趋势，迫使耦合装置200的摩擦片组202发生相对滑动，使传动半轴209、半轴齿轮106以不同的转速旋转，经过主动齿轮箱第三级齿轮和被动齿轮箱齿轮啮合传动，使车轮获得了不同的转速，车辆顺利通过小曲线半径轨道。
[0039]
[19]除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。