传动及电机悬挂装置

牵引电动机在机车上的安装，一般都采用弹簧悬挂的安装方法，以减小动作用力对电机和线路的破坏作用。所以通常把牵引电动机在机车上的安装称为电机悬挂。

牵引电动机输出的功率和转矩，必须传递到机车的轮轴上，才能发挥其牵引作用。传动装置就是实现电机到轮轴功率、转矩传递的装置。

电机悬挂方式和传动装置，有着不可分割的关系。不同的电机悬挂方式，传动装置也就不同。牵引电动机的悬挂方式大致可分为轴悬式、架悬式、体悬挂3大类。轴悬式又称为半悬挂式，架悬式和体悬挂又称为全悬挂式。

齿轮传动几乎是现代电力机车传动装置的唯一形式。

一、齿轮传动的分类与传动比

1.齿轮传动的分类

（1）齿轮传动可分为单侧齿轮传动和双侧齿轮传动。单侧齿轮传动又叫单边齿轮传动，双侧齿轮传动又叫双边齿轮传动，如图4.32所示。

图4.32　齿轮传动示意图

单侧齿轮传动的优点是牵引电动机的轴向尺寸可以加大，结构也较简单，制造成本低；缺点是传动时轮对受到偏于一侧的驱动力，左右车轮的受力不同。双侧齿轮传动的优点是传动时轮对受力均衡，左右车轮同时受到相同的驱动力，有利于提高运行品质；缺点是牵引电动机的轴向尺寸受到限制，结构复杂，制造成本增加。

（2）根据齿轮种类可分为斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮传动。单侧齿轮传动，一般用直齿轮，不用斜齿轮；双侧齿轮传动，一般用斜齿轮，不用直齿轮，而且双侧齿轮的齿斜方向要相反。这是因为：直齿轮在啮合传动时，其啮合力仅仅作用在齿轮的切向，不存在轴向的分力；斜齿轮在啮合传动时，其啮合力是垂直于齿斜方向的，不仅有切向分力，而且有轴向分力，如图4.33所示。

图4.33　齿轮啮合力示意图

单侧齿轮传动如果采用斜齿轮，其轴向力将可能引起轮对贴靠一侧钢轨运行；双侧齿轮传动如果用直齿轮的话，在轮对组装时必须保证双侧大齿轮齿形对应的精确度，否则必然引起双侧齿轮不能同时进入啮合，或双侧齿轮啮合力不等的问题。采用斜齿轮，而且双侧齿斜方向相反，则轴向力也相反，齿轮安装的误差，可由轴向力差值引起的轮对微小横动来得到纠正，这就保证了双侧齿轮传递转矩的均匀性。

（3）根据大齿轮轮心的结构，齿轮传动可以分为弹性齿轮传动和刚性齿轮传动。如果把大齿轮分为齿圈和齿轮心两部分，互相用弹簧或橡胶弹性地组装在一起，则成为弹性齿轮传动；大齿轮心如果制成刚性结构，则为刚性齿轮传动。至于小齿轮，一般都是刚性的。

弹性齿轮传动的优点是：改善了沿齿宽方向的应力分布；缓和来自钢轨的冲击，啮合力的传递比较柔和；改善了牵引电动机的工作条件。其缺点是增加了齿轮结构的复杂性，增加了制造成本。

刚性齿轮传动的优点是：结构简单，制造维修成本低；缺点是啮合条件差，齿轮磨损大，传动冲击大，对牵引电动机不利。

2.传动比

传动比是从动齿轮齿数与主动齿轮齿数之比。由于牵引电动机转速高，轮对的转速低，所以电力机车上都是减速齿轮传动。减速齿轮传动，既可保持牵引电动机在高效率的转速范围内工作，又可以加大轮对的转矩，使机车在适宜的运行速度下充分发挥牵引力。

在选择齿轮的齿数和传动比时，必须力求轮齿的工作能均匀协调。在电力机车上，齿轮圆周作用力是经常变化不定的，而且主、从动齿轮轮齿材质不同，表面硬化程度不同，因此，所选择的传动比的数值应当尽可能是个无理数，即无限不循环小数，或者是个无限循环的有理数。这样，一个齿轮上的每个轮齿将有机会同另一个齿轮上所有的轮齿啮合，以使轮齿得以均匀磨损。例如：SS4G型电车机车齿轮传动比为 88/21；SS9型电力机车齿轮传动比为77/31，HXD3型电力机车齿轮传动比为101/21，都是这样有意安排的。

一般高速客运电力机车的传动比取值偏低，货运电力机车传动比取值偏高。

二、电机悬挂的分类和比较

机车牵引电动机的悬挂方式大致可分为轴悬式、架悬式、体悬挂式 3 类。轴悬式又称为半悬挂式，可分为刚性轴悬式和弹性轴悬式两类；架悬式及体悬挂式又称为全悬挂。

1.刚性轴悬式电机悬挂

牵引电动机的一端经抱轴瓦或滚动轴承刚性地支承在车轴的抱轴颈上，叫作抱轴端；另一端弹性地悬挂在转向架构架横梁上，叫作悬挂端，如图4.34所示。

图4.34　刚性轴悬式电机悬挂示意图
1—车轮；2—电机；3—构架；4—吊杆；5—悬挂端；6—小齿轮；7—抱轴端；8—大齿轮

这种悬挂方式结构简单，检修容易，拆装方便（在不起吊机车车体的情况下，牵引电动机可以在落轮坑内卸下），工作可靠，制造容易，成本低廉，广泛地用于国内外电力机车上。

其缺点主要有两点：一是簧下质量大（牵引电动机约一半的质量，属于簧下死质量），轮轨动载荷大；二是来自线路的冲击，直接传至牵引电动机，电机垂向加速度大，影响其工作可靠性及使用寿命。这一点在高速机车上表现尤其严重。通常认为，机车最大运用速度超过140～160 km/h，就应该采用牵引电动机全悬挂。

随着机车速度的提高，刚性轴悬式电机悬挂机车，车轮垂向加速度及冲击增大，牵引齿轮副及牵引电动机工作条件更为恶化，为改善这种情况，可采取两种措施：滚动抱轴承及弹性大齿轮。

滚动抱轴承与滑动轴承相比，轴承的径向间隙小，改善了牵引齿轮的啮合条件，延长了齿轮的使用寿命，提高了轴承的工作可靠性，减小了维修工作量和维修成本。SS7型电力机车采用了滚动轴承。

把牵引大齿轮改为弹性大齿轮，可以缓和来自线路冲击，改善牵引齿轮副的接触状况，减小牵引齿轮的磨耗，降低牵引电动机故障率。其缺点是：结构复杂，制造成本高，橡胶弹性元件有一定使用期限，必须定期检查更换。

2.弹性轴悬式电机悬挂

弹性轴悬式的结构与刚性抱轴式相似，其原理如图4.35所示。

图4.35　弹性轴悬式电机悬挂示意图
1—小齿轮；2—大齿轮；3—橡胶件；4—空心轴；5—抱轴承；6—驱动件

牵引电动机的一端悬挂在转向架构架上，另一端仍通过抱轴承支承，但抱轴承不是直接支承在车轴上，而是支承在车轴外面套装的空心轴上，从动大齿轮也是固装在空心轴的端部。空心轴的两端再通过弹性元件支承在轮心上。牵引电动机传至大齿轮的力矩通过空心轴、弹性元件、传至轮对。空心轴与车轴一同旋转。因此，装在轮心上的弹性元件既要支承牵引电动机约一半的质量及空心轴和大齿轮重量，还要传递牵引电动机传来的力矩。

由于牵引电动机的一半质量支承在轮对上，但中间经过了弹性元件，故称为弹性轴悬式。

这种悬挂方式的优点是：减轻了动作用力的危害，有利于延长电机寿命和齿轮的正常啮合，也有利于提高机车的黏着性能。

3.架悬式电机悬挂

架悬式的牵引电动机全部悬在转向架构架上，因此牵引电动机全部质量属于簧上质量，这就大大减小了簧下死质量，适应了高速运行的需要。同时，因线路不平顺和冲击所引起的轮对垂向和横向加速度，不会直接传到牵引电动机和牵引齿轮副，电机和齿轮副的工作条件大为改善，故障率减少，工作寿命延长。

架悬式悬挂的技术难题，是如何可靠地解决齿轮传动的啮合问题。因为牵引电动机布置在转向架构架上，它的振动规律和轮对的振动规律不一致，而大齿轮又必须装在轮轴上，在这种情况下怎样保证齿轮啮合的可靠性，的确是件困难的事。

4.牵引电动机体悬挂

体悬式的牵引电动机全部或大部悬挂在车体上。

高速机车的最大运行速度超过 200～250 km/h 时，为了进一步改善机车的动力学性能，通常把牵引电动机悬挂在车体的底部，使其成为二系弹簧以上的重量。转向架的质量、转动惯量就大为减小，更容易保持转向架高速时的蛇行稳定性，对减轻轮轨的垂向及横向动载荷也有所帮助。

牵引电动机体悬式，驱动机构必须适应车体与转向架之间的相对运动以及转向架与轮对之间的相对运动。万向节联轴器就是用来适应车体与轮对之间的相对运动的，包括垂向、横向及回转方向的相对位移。此传递扭矩的万向轴必须制成长度能伸缩，以适应车体与轮对间较大的相对运动。

三、SS4G型电力机车齿轮传动装置

SS4G型电力机车齿轮传动装置采用双边刚性斜齿轮传动。包括大齿轮（被动齿轮）、小齿轮（主动齿轮）和齿轮箱。它的作用是将牵引电动机产生的转矩通过小齿轮啮合大轮传递给轮对，产生牵引力或制动力（电气制动工况）。

1.小齿轮

小齿轮安装在牵引电动机电枢轴两端。为了便于拆装和防止电机轴拉伤，电机轴和小齿轮内孔用1∶10的锥度通过过盈配合连接在一起。

拆卸小齿轮时将专用油泵油嘴旋入电机轴端面带有大倒角的螺孔内，并用螺栓加挡板挡住小齿轮，以免小齿轮脱开时碰伤或产生伤人事故，然后压动油泵便可把小齿轮自动地退下来。

2.大齿轮

大齿轮由齿圈和齿轮心组合而成。齿轮心材质为ZG230-450铸钢件。齿圈和齿轮心为过盈配合，其过盈量为0.8～0.9 mm。

在装配时，应注意两者配合面的锥度必须同向，齿圈和齿轮心组装时，把齿圈加热至200 °C 以下，套在齿轮心上，然后再进行滚齿、倒角、中频表面淬火、磨齿及检查。

大齿轮与轮心轮毂组装为过盈配合，在冷态下压到轮毂上，齿轮与轮心的压装过盈量为0.37～0.40 mm，压力值为500～800 kN。

3.齿轮箱

为了对齿轮进行润滑以及防止尘土、砂石等污物对齿轮的侵袭，将大小齿轮密闭在齿轮箱内。

齿轮箱由上箱和下箱组成。箱体均为低碳钢焊接结构，侧板厚为 5 mm，盖板厚为 3 mm。为了使齿轮副在工作时箱体内压力和外部大气压力相平衡，在齿轮箱上箱盖板上焊装手把形状的气管两个，同时该件还可用于吊装齿轮箱体，在下箱底部和内侧部安装有螺堵和验油阀，旋开下部放油螺堵可放油；验油阀上部设置可以开启的密封性能良好的阀盖，打开阀盖可观察油位和加注润滑油，如图4.36所示。

图4.36　SS4G型电力机车齿轮箱
1—毛毡；2—连接座；3—排气孔；4、5—手把；6—上半部；7—油尺；8—油嘴；9—下半部

为了防止上下箱合口处漏油，在上箱侧板四周焊装内外挡板，在大领圈处焊装两个挡油槽。上下箱组装前在内外挡板中间加聚氨酯密封垫和 NJYA-2 聚氨酯胶粘剂。齿轮箱两个φ310 mm 和一个φ389 mm孔为上下箱组装后整体加工而成，以防上下两半圆形领圈错位，引起漏油。两个φ310 mm的孔与电机外壳组装时用橡胶圈进行密封，φ389 mm孔与大齿轮轮毂相配合处用聚氨脂毛毡条进行密封，这种材料粘结性能好，耐油，固化后具有较好的弹性，耐磨，抗老化性能好，并具有一定的抗拉强度，可防箱体外的水、灰尘等污物进入箱体内。上下箱组合成整体时用 4 根 M20 mm×75 mm 的螺栓固定在电机端部外壳上，使两者之间固定连接，不产生相对位移。

四、SS4G型电力机车电机悬挂装置

SS4G型电力机车牵引电动机为抱轴式半悬挂（刚性轴悬式）。

一端通过抱轴承刚性地支承在车轴上，另一端靠电机悬挂装置吊在构架牵引梁电机悬挂座上，如图4.37所示。

图4.37　SS4G型电力机车电机悬挂装置
1—防落板；2—销；3—油杯；4—吊杆；5—垫板；6—橡胶垫；7—吊座；8—垫圈；9—螺母

电机悬挂装置一方面能承受电机静载荷（约为电机质量的一半），另一方面承受电机工作时产生的反力，同时在电机工作过程中，它可随电机纵向和横向自由摆动，并可缓和电机与构架间的振动。电机悬挂装置主要由防落板、销、吊杆、垫板、吊座、橡胶垫、螺母等零件组成。

吊座为ZG230-450铸钢件，用 5 个 M24 mm×55mm 的螺栓紧固在牵引电机下方的槽形安装座上。吊座上下圆盘内安放两个橡胶垫，在橡胶垫上下安放垫板。然后插入电机吊杆，在吊杆下部用 M52 mm×3 mm 的花螺母紧固，使橡胶垫有 30 kN 的预压力，然后插入 10 mm×100 mm的开口销，以防螺母脱落，吊杆上部内装关节球轴承，用销与构架上的电机悬挂吊座相连，为防止销窜动，用卡板固定。

在组装完电机悬挂装置后，在吊杆销套和球轴承间注入润滑油脂，落车后还要检查防落板上平面与牵引电机外壳吊耳下平面的垂向间隙≥20 mm，防落板端部与电机外壳间间隙≥10 mm，且与吊耳的纵向搭接量≥20 mm。

抱轴箱通过左右两个抱轴承刚性地支承在车轴两端的抱轴颈上，抱轴承及润滑装置的结构如图4.38所示。

抱轴承为剖分式，采用滑动轴承，每个半瓦由铜瓦背和巴氏合金组成（约为 3 mm 厚）。

在每副抱轴承下轴瓦及油箱底座开有方孔，集油器毛刷上的毛线可以穿过方孔压在抱轴颈上，以便对轴承进行润滑。油箱内储存有润滑油，油箱盖上有油尺，用它检查存油量的多少。润滑油靠毛细管作用被毛线吸上去，润滑轴颈表面。为了保证毛线贴靠车轴轴颈，装设了集油器，利用杠杆机构将其压紧。润滑油在润滑轴颈后，仍然流回油室内。在油箱底部设有排油堵，可定期排出污油，更换新油。

为了保证瓦面有一定量的油膜，不至于产生热轴或烧损巴氏合金，保证齿轮的正常啮合，轴瓦与车轴轴颈间间隙要求在 0.25～0.4 mm 之间。随着机车运行，轴瓦逐渐磨耗，间隙也越来越大，当轴瓦间隙＞1 mm时，必须重新挂合金或换瓦。

图4.38　SS4G型电力机车电机抱轴承及润滑装置
1—键；2—电机体；3—上瓦；4—下瓦体；5—集油器；6—油尺；7—油箱；8—加油管；9—弹簧；10—毛刷；11—排油堵；12—下瓦

五、HXD3型电力机车电机悬挂装置

电动机悬挂方式为滚动抱轴式半悬挂。牵引电机一端通过滚动抱轴箱装配支承在车轴上，另一端通过一根两端带橡胶关节的吊杆弹性悬挂在构架的横梁和后端梁上。电动机悬挂装置的吊杆一方面承受牵引电机的静载荷，另一方面承受牵引电机工作时产生的反力，同时在牵引电机工作过程中，它可以随电机纵向和横向自由摆动，并且橡胶关节可以衰减牵引电机传给构架的振动。

电动机悬挂装置由牵引电机、吊杆和联结螺栓等组成，如图4.39所示。

图4.39　电动机悬挂装置
1—牵引电动机；2—螺栓套管；3—螺栓M30×130；4—吊杆装配；5—螺栓M30×160；6—垫圈；7—螺母M30

注意：在机车的检修时应当注意电机吊杆螺栓的紧固力矩，一定要按规定的力矩紧固。运用中也要经常检查该螺栓是否有松缓的现象。

电机吊杆是两端都带有橡胶关节的42CrMo锻钢零件。

六、HXD3型电力机车驱动装置组成与保养

1.HXD3型电力机车驱动设置的组成

HXD3型电力机车的驱动装置的组成，如图4.40～图4.42所示，主要包括：滚动抱轴箱装配、齿轮箱、主从动齿轮等部分。

图4.40　驱动装置
1—牵引电机；2—空心轴装配；3—非齿侧连杆盘；4—传动销（一）；5—连杆（一）；6—齿轮箱装配；7—连杆（二）；8—齿侧连杆盘；9—传动销（二）；10—连杆关节

图4.41　驱动装置剖面

滚动抱轴箱装配由两组圆锥滚子轴承、迷宫盖、滚动抱轴箱体等组成。

电机与齿轮箱组成刚性结构：齿轮箱与电机之间是通过定子外壳法兰与齿轮箱骨架之间的螺栓进行连接的。空心轴的一端通过连杆盘、六连杆机构及传动销连接在齿轮箱的输出轴上，另一端通过连杆盘、六连杆机构及传动销与所驱动的车轮相连。

图4.42　空心轴
1—传动销（一）；2—连杆（一）；3—非齿侧连杆盘；4—空心轴装配；5—连杆（二）；6—传动销（二）；7—齿侧连杆盘

电机仅有一个轴承，位于电机的非输出端。输出端的电机轴由安装在齿轮箱内的小齿轮轴上的膜式联轴器支撑。该膜式联轴器由两个主要部分组成，一部分连接在电机轴上，另一部分安装在小齿轮轴上。这两部分在电机组装到齿轮箱的过程中用螺栓相连接。

膜式联轴器的角度灵活性可以补偿由于“质量与牵引力”以及“不可避免的驱动装置加工与组装精度误差”所导致的小齿轮轴与电机轴的弯曲而形成的角度偏差。该联轴器在径向及扭转方向上都是牢固的。

电机输出的扭矩通过膜式联轴器、小齿轮、大齿轮、空心轴、连杆盘、连杆，最后通过传动销传递到主动车轮，使机车向前或向后运行。当机车低速运行进行空气制动时，车轮上的黏着制动力以与上述相反的顺序反作用于电机上使机车减速。

连杆盘和传动销之间、连杆与传动销之间都有橡胶关节，提供三向刚度，以适应机车蛇行运动及过曲线时出现的构架和轮对之间的横向和纵向位移及相应的角位移。

2.驱动装置日常维护保养

（1）检查驱动装置是否泄漏。

（2）检查驱动装置中的油位如图4.43所示。

图4.43　检查驱动装置的油位
1—最高油位；2—最低油位；3—最高油位和最低油位差＝10 mm

（3）机车在第一次行驶约1个月或15 000 km后，更换新齿轮油。

（4）更换齿轮油时应注意：打开磁性放油堵与密封垫圈，并清洗磁铁。没有固体颗粒的精细磨损属于正常现象，如果发现任意不正常的大块，则需要做进一步检查齿轮箱。