Упругое самоустанавливающееся зубчатое колесо тяговой передачи локомотива Советский патент 1992 года по МПК B61C9/38 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции тяговых зубчатых передач локомотивов.

Для привода колесных пар тепловозов используется одноступенчатая понижающая прямозубая передача. Зубчатое колесо этой передачи расположено на оси колесной пары, а шестерня - на валу тягового электродвигателя. Применяются цельнометаллические или упругие самоустанавливающиеся зубчатые колеса (УСЗК).

В эксплуатации обнаружены конструктивные недостатки серийных УСЗК, снижающие эффект введения упругой связи

между колесной парой и электродвигателем.

Наиболее близким к предлагаемому является усовершенствованное УСЗК (УУСЗ К), в котором использованы упругие элементы (УЭ) с более массивными резиновыми амортизаторами по сравнению с серийными УСЗК без наружной металлической арматуры, что позволяет повысить срок службы УЭ до заводского ремонта тепловоза, устранить износ отверстий во фланцах и в зубчатом венце. Выполнение фланцев без приклепанных к ним ограничительных колец (удерживающих в осевом направлении

vj

со

СО

со

о о

УЭ в УСЗК) и отказ от роликов в узле опоры зубчатого венца на ступицу понижают сложность конструкции УСЗК и обеспечивают повышение его надежности и технологичности.

Однако анализ конструкции УУСЗК и опыт их эксплуатационных испытаний показали, что УУСЗК также не лишен недостатков и может быть модернизирован.

Исследования показали, что характери- стика жесткости УСЗК должна быть существенно нелинейной. При трогании и разгоне локомотива (до 20 км/ч) в приводе колесных пар действуют максимальные тяговые нагрузки и сравнительно небольшие динами- ческие добавки. При таком режиме работы тангенциальная жесткость УСЗК должна оыть более высокой. Это уменьшает деформацию амортизаторов УЭ, обеспечивая их необходимый ресурс, и практически не ухудшает динамические качества УСЗК. При дальнейшем повышении скорости движения вращающий момент электродвигателя уменьшается, а динамические силы в тяговом приводе становятся более интенсивны- ми, поэтому тангенциальная жесткость УСЗК должна быть по возможности минимальной, В конструкциях УСЗК это обеспечивается благодаря использованию УЭ двух типов: более гибких с тремя резиновыми блоками - тройных УЭ 1; более жестких с двумя резиновыми блоками - двойных УЭ 2 (фиг. 1).

Тройные УЭ установлены в отверстиях фланцев 3 и зубчатого венца 4 без зазора и поэтому воспринимают нагрузки и участвуют в формировании характеристики жесткости УСЗК при всех режимах работы локомотива (фиг. 2, область I, II).

Двойные УЭ выполнены так, что меж- ду их металлическими валиками 5 и зубчатым венцом имеется определенный зазор AL Благодаря величине зазора AI двойные УЭ включаются в работу только после того, как суммарная величина деформации блоков тройных 1 УЭ станет равной At. Т.е. при трогании и разгоне тепловоза нагрузки воспринимают УЭ обоих типов, обеспечивая II область характеристики жесткости УСЗК. На более высоких скоростях движе- ния усилия передаются только тройными УЭ, обеспечивая более эластичную часть (область I) характеристики жесткости УСЗК.

Переход из одной области характеристики жесткости УСЗК в другую связан с ударным взаимодействием металлических валиков двойных УЭ с зубчатым венцом. Вследствие ударов валиков УЭ о зубчатый венец и скольжения зубчатого венца относительно валиков УЭ, возникающих при самоустановке венца УСЗК относительно шестерни, контактирующие поверхности валиков двойных УЭ и зубчатого венца изнашиваются, а чертежная величина зазора AI увеличивается. Увеличение зазора AI приводит к увеличению нагруженности и снижению ресурса тройных УЭ, изменяет первоначальную - оптимальную характеристику жесткости УСЗК, что отрицательно сказывается на динамических качествах и надежности тяговой передачи. Восстановление исходных размеров диаметров отверстий под двойными УЭ в УУСЗК на ремонтных заводах является трудоемкой операцией и связано со значительными дополнительными затратами материальных и трудовых ресурсов. Кроме того, применение УЭ двух типов вызывает усложнение конструкции УСЗК, увеличивает затраты на производство и ремонт УУСЗК.

Эксплуатация УУСЗК (известный) показала также, что в узле опоры скольжения зубчатого венца на ступицу наблюдается чрезмерно интенсивное увеличение зазора. Это возникает по причине износа ступицы, сопровождающегося заеданием металла, вызванного отсутствием достаточного количества смазки в контакте контртел. Под дей- ствием центробежных сил смазка вытесняется из узла трения зубчатый венец- ступица, а пополнению ее препятствует замкнутость окружающего пространства (фиг. 1) и отсутствие специальных смазочных устройств. Повышение зазора между ступицей и зубчатым венцом вызывает появление в системе тяговой зубчатой передачи дополнительных инерционных динамических сил, негативным образом отражающихся на надежности УСЗК и привода в целом. Периодическое восстановление изношенной поверхности ступицы является трудоемкой и дорогостоящей технологической операцией.

Цель изобретения - повышение надежности УСЗК тяговой передачи локомотивов.

Поставленная цель достигается посредством применения в УСЗК только однотипных - тройных УЭ, выполнением части отверстий под УЭ в зубчатом венце в тангенциальном направлении в виде овального паза, ширина которого равна диаметру амортизатора УЭ - da, а длина - da + 2Ai, введением в УСЗКспециального устройства для смазки узла поры зубчатого венца на ступицу.

На фиг. 3-7 показана конструкция предлагаемого УСЗК, общий вид и фрагменты.

УСЗК содержит зубчатый венец 1, два фланца 2, в пазах которых установлены тройные упругие элементы 3. Фланцы 2 с помощью болтов 4 соединены со ступицей, напрессованной на ось колесной пары (ось не показана). Зубчатый венец 1 опирается на кольцевой выступ ступицы 5 через сменное проставочное кольцо 6, выполненное из антифрикционного материала (бронза, латунь), Для обеспечения самоустановки зубчатого венца относительно шестерни поверхность кольцевого выступа ступицы 5, контактирующая с проставочным кольцом, имеет бочкообразную форму.

Во фланцах все пазы имеют круглую форму, и бпоки УЭ установлены в низ без зазора (с некоторым натягом). В зубчатом венце часть отверстий под УЭ выполнена круглыми и имеет тот же диаметр, что и соответствующие отверстия фланцев. Остальная часть отверстий в зубчагом венце имеет ферму свального паза (фиг. 3). Эти отверстия .П ены так, что при отсутствии действия зращающего момента на УСЗК УЭ, установленные в них, занимают центральное положение (т.е. межчу УЭ и зубчатым венцом слева и справа имеется зазор AI).

С целью упрощения конструкции и технологии изготовления зубчатого венца 1 УСЗК овальные пазы, в которых располагается часть упругих элементов 3, могут быть заменены на круглые отверстия, диаметр которых do больше диаметра амортизаторов упругих элементов da на величину 2Ai , т.е. do da + 2А (фиг. 4).

На фиг, 4 представлен вариант конструкции зубчатого вечца 1 УСЗК, у которого все отверстия под упругие элементы имеют круглую форму, но отличаются вьличиной диаметра (пунктирными иниями условно изображены овальные п&з (фиг 3) и упругие элементы).

Проставочнсе б, выполненное в виде ленты, имеет ряд отверстия b и установлено между фланцами 2 без зазора (фиг. 5 и 6), Фланцы 2, кольцо 6 с отверстиями а, b и зубчатый венец образуют специальное устройство для подаем масла в узел трения зубчатый венец - Проставочнсе кольцо, т.е. в опору скольжения зубчатого венца 1 на ступицу 5.

УСЗК работает следующим образом.

Во время трогания и разгона локомотива на УСЗК действуют максимальные вращающие моменты. При этом УЭ 3 имеют наибольшую деформацию AI 0, и реализуется II область характеристики жесткости УСЗК (фиг. 2). При дальнейшем повышении

скорости движения в соответствии с тяговой характеристикой локомотива вращающий момент, действующий на УСЗК, уменьшается, и в определенный момент времени величина деформации амортизаторов УЭ становится меньше чертежной величины AL При этом часть УЭ, расположенных в овальных пазах (или отверстиях диаметром do зубчатого венца 1, отключается, а характеристика жесткости УСЗК(I область) создается оставшейся частью УЭ, расположенных в круглых пазах зубчатого венца. При определенном изменении скорости втяговом режиме, а также при действии интенсивных

динамических нагрузок в тяговой передаче УЭ, расположенные в овальных пазах (или отверстиях диаметром da) зубчатого венца 1, мягко (безударно) включаются в работу (это обеспечивается благодаря тому, что реализован контакт резины с металлом).

При этом устраняется износ зубчатого венца в районе отверстий под УЭ и повышается стабильность (по величине AI , фиг. 2) характеристики жесткости УСЗК.

Между зубчатым венцом 1 и кольцом 6,

опирающимся на кольцевой выступ ступицы 5, имеется некоторый зазор б (фиг. 7), необходимый для обеспечения подвижности зубчатого венца в пространстве. Со стороны

шестерни тяговой передачи зубчатый венец прижат к ступице, а 6 0. С противоположной стороны этот зазор имеет наибольшую величину. При вращении УСЗК вместе с осью колесной пары указанный зазор как бы

обегает по периметру кольцо 6. Т.е. зубчатый венец периодически прижимается к кольцу 6 и удаляется от него на расстояние д. При удалении венца 1 от кольца 6 в пространстве между ними возникает некоторое

разрежение, достаточное для засасывания редукторного масла через отверстия а и b и подачи его в область трения рассматриваемой опоры скольжения.

Таким образом, введение проставочного элемента в опору скольжения зубчатого венца на ступицу, выполненного из антифрикционного материала, и использование специального устройства для подачи масла в опору скольжения решает вопрос стабилизации зазора д , повышает динамические качества и показатели надежности УСЗК и тягового привода в целом.

Формула изобретения

1. Упругое самоустанавливающееся зубчато:; колесо тяговой передачи локомотива, содержащее ступицу с кольцевым выступом, соединенным с фланцами,

охватывающими с противоположных сторон кольцевой выступ зубчатого аенца, ре- зинометаллические упругие элементы, расположенные в соосных отверстиях кольцевого выступа зубчатого венца и фланцев, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, часть резиноме- таллических упругих элементов размещена в отверстиях кольцевого выступа зубчатого венца с тангенциальным зазором.

0

2. Зубчатое колесо по п. 1, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения смазки, между указанными выступами расположено антифрикционное кольцо со сквозными отверстиями,а во фланцах в зоне контакта антифрикционного кольца с кольцевым выступом ступицы также выполнены сквозные отверстия,

Использование: железнодорожный транспорт, устройства тяговой передачи локомотива. Сущность изобретения: во время трогания и разгона на упругое зубчатое колесо действуют максимальные крутящие моменты. При этом упругие элементы имеют наибольшую деформацию, AI 0. С увеличением скорости движения в определенный момент времени величина деформации упругих элементов становится меньше величины Дт . Часть элементов, расположенных в овальных пазах зубчатого венца, отключается, а взаимодействуют лишь элементы, расположенные в круглых пазах зубчатого венца. При определенном изменении скорости в тяговом режиме и при действии интенсивных динамических нагрузок расположенные в овальных пазах упругие элементы мягко включаются в работу. 1 з.п, ф-лы, 7 ил. (Л С

А

Ж,

JL и

мэ, н-м

фиг. 2

б фиг. 5

/,

-/

фиг А

S

у

фиг. 6

фаг.7