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牽引電機(jī)的三種懸掛方式 動(dòng)力車(chē)和機(jī)車(chē)的牽引電機(jī)是通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)輪對(duì)的，牽引電動(dòng)機(jī)懸掛，是指牽引電動(dòng)機(jī)的安裝方式。牽引電機(jī)和傳動(dòng)裝置在動(dòng)力車(chē)上有不同的懸掛方式，常用的懸掛方式有以下三種：抱軸式懸掛，車(chē)體懸掛，轉(zhuǎn)向架懸掛。軸懸式又稱牽引電動(dòng)機(jī)半懸掛，架懸式和體懸式又稱牽引電動(dòng)機(jī)全懸掛。以下就這三種懸掛方式的結(jié)構(gòu)、工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹。 一、抱軸式懸掛 1、定義 牽引電動(dòng)機(jī)抱軸式懸掛，或稱半懸掛（traction motor semi-suspension）：牽引電動(dòng)機(jī)的一端通過(guò)抱軸承剛性抱合在車(chē)軸上，另一端彈性懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的橫梁或端梁上的安裝方式。牽引電動(dòng)機(jī)質(zhì)量的一半支懸在構(gòu)架上，為簧上質(zhì)量，故稱半懸掛。牽引電動(dòng)機(jī)的另一半質(zhì)量壓在車(chē)軸上，為簧下質(zhì)量。 2、結(jié)構(gòu)圖 左圖為彈性軸懸式牽引電機(jī) 1—牽引電動(dòng)機(jī)；2—車(chē)軸；3—空心軸； 4—抱軸承；5—大齒輪；6—彈性元件。 3、工作原理 固裝在牽引電動(dòng)機(jī)電樞軸上的小齒輪與固裝在車(chē)軸上的大齒輪組成一級(jí)減速裝置，牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)軸回轉(zhuǎn)。借助于抱軸承的定位作用，保證了牽引電動(dòng)機(jī)電樞軸與車(chē)軸平行，且大小齒輪的中心距保持不變，保證了大小齒輪的正常嚙合。 彈性軸懸式也屬于牽引電動(dòng)機(jī)半懸掛（軸懸式）。彈性軸懸式的結(jié)構(gòu)與剛性軸懸式相似，見(jiàn)上圖。牽引電動(dòng)機(jī)的一端彈性支在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，另一端通過(guò)抱軸承支承在空心軸上，此空心軸套裝在車(chē)軸的外面，從動(dòng)大齒輪固裝在空心軸端部，空心軸兩端通過(guò)彈性元件支承在輪心上，牽引電動(dòng)機(jī)輸出的力矩通過(guò)小齒輪傳至大齒輪，通過(guò)空心軸、彈性元件傳至輪對(duì)，空心軸與車(chē)軸一同旋轉(zhuǎn)。裝在輪心上的彈性元件，既要支承牽引電動(dòng)機(jī)約一半的重量和空心軸及大齒輪的全部重量，還要傳遞牽引電動(dòng)機(jī)通過(guò)大齒輪傳來(lái)的力矩。 4、優(yōu)缺點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：牽引電動(dòng)機(jī)半懸掛由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造容易、成本低廉、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在電傳機(jī)車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。彈性軸懸式牽引電動(dòng)機(jī)只要存在一點(diǎn)彈性，來(lái)自鋼軌的硬性沖擊，經(jīng)過(guò)彈性元件的緩沖，使抱軸承及牽引電動(dòng)機(jī)的垂向加速度大為減小，改善了牽引電動(dòng)機(jī)的工作條件。牽引電動(dòng)機(jī)的力矩經(jīng)彈性元件傳至輪對(duì)，改善了牽引齒輪副的工作條件。 （2）缺點(diǎn)： ①簧下質(zhì)量大，因而輪軌垂向動(dòng)載荷大。 牽引驅(qū)動(dòng)裝置中的大齒輪全部質(zhì)量以及牽引電動(dòng)機(jī)、小齒輪和齒輪箱等約一半的質(zhì)量是壓在車(chē)軸上的簧下質(zhì)量。 ②牽引電動(dòng)機(jī)及牽引齒輪的工作條件差。 來(lái)自鋼軌的沖擊直接傳至牽引電動(dòng)機(jī)和牽引齒輪嚙合面，牽引電動(dòng)機(jī)垂向加速度大，牽引齒輪嚙合面的接觸動(dòng)應(yīng)力大，影響它們的工作可靠性及使用壽命。因此，隨著機(jī)車(chē)速度的提高，牽引電動(dòng)機(jī)半懸掛不再適應(yīng)要求而要采用牽引電動(dòng)機(jī)全懸掛。一般情況下，機(jī)車(chē)最大運(yùn)用速度不超過(guò)120km/h，可以采用牽引電動(dòng)機(jī)半懸掛。 ③牽引電動(dòng)機(jī)抱軸承的技術(shù)狀態(tài)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的工作有重大影響。 抱軸承過(guò)去都采用滑動(dòng)軸承，滑動(dòng)抱軸承與車(chē)軸之間徑向間隙較大，且隨著機(jī)車(chē)走行里程的增加，滑動(dòng)抱軸承的間隙增大，大小牽引齒輪的中心距發(fā)生變化，齒輪嚙合條件惡化，抱軸承間隙增大，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)電樞軸與車(chē)軸不平行度增大，也使齒輪嚙合條件惡化，影響齒輪的使用壽命。因此必須嚴(yán)格注意抱軸承的潤(rùn)滑與維護(hù)，保證軸承間隙不超限?；瑒?dòng)抱軸承在速度較高的情況下磨損快，且容易發(fā)熱而引起燒瓦事故?；瑒?dòng)抱軸承缺點(diǎn)是：運(yùn)用可靠性差，維修工作量大，維修費(fèi)用高，牽引齒輪副的嚙合條件差，影響齒輪使用壽命。 近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些機(jī)車(chē)采用滾動(dòng)抱軸承。與滑動(dòng)抱軸承相比，滾動(dòng)抱軸承的優(yōu)點(diǎn)為滾動(dòng)軸承工作可靠，維修工作最小，而且減小了抱軸承的徑向間隙，改善牽引齒輪的嚙合條件，延長(zhǎng)牽引齒輪的使用壽命。彈性軸懸式的動(dòng)力學(xué)性能及其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性介于剛性軸懸式與架懸式之間，適用于是最大速度為120km/h～160km/h的機(jī)車(chē)。 二、車(chē)體懸掛 1、定義 這種懸掛方式通常是把牽引電動(dòng)機(jī)懸掛在車(chē)體的底部，使其成為二系彈簧以上的質(zhì)量。這樣一來(lái)，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量及回轉(zhuǎn)慣性矩就大為減小，容易保持轉(zhuǎn)向架高速時(shí)的蛇形穩(wěn)定性，對(duì)減輕輪軌的垂向及橫向動(dòng)載荷也有所幫助。對(duì)于時(shí)速超過(guò)200km的動(dòng)力集中型高速動(dòng)車(chē)組，動(dòng)力車(chē)置于列車(chē)兩端，中間為拖車(chē)，要求動(dòng)力車(chē)具有很大的功率，其牽引電動(dòng)機(jī)車(chē)較大，如果采用架懸式，則轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量增加很多，簧間質(zhì)量（構(gòu)架質(zhì)量位于一二系之間，稱為簧間質(zhì)量）過(guò)大，對(duì)機(jī)車(chē)動(dòng)力學(xué)性能、特別是對(duì)轉(zhuǎn)向架的蛇行穩(wěn)定性不利，須設(shè)法減小。為此，把牽引電動(dòng)機(jī)掛在車(chē)體底部，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)成為二系懸掛之上的車(chē)體質(zhì)量，謂之體懸式，也屬于全懸掛。此時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)電樞軸輸出的力矩經(jīng)減速裝置傳到輪對(duì)上產(chǎn)生牽引力，該驅(qū)動(dòng)裝置要適應(yīng)車(chē)體與輪對(duì)之間各方向的相對(duì)位移，該相對(duì)位移比架懸式驅(qū)動(dòng)裝置要求的相對(duì)位移量要大得多。體懸式牽引電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)最為復(fù)雜，只有必要時(shí)才采用體懸式。 2、結(jié)構(gòu) 全懸掛方式模型 1、車(chē)體2、構(gòu)架3、輪對(duì)4、驅(qū)動(dòng)裝置 牽引電動(dòng)機(jī)體懸式驅(qū)動(dòng)裝置 3、工作原理 牽引電動(dòng)機(jī)懸掛在車(chē)體上，其輸出扭矩通過(guò)齒輪箱（裝在車(chē)體上）、萬(wàn)向軸、小齒輪、大齒輪傳至輪對(duì)。牽引電動(dòng)機(jī)體懸式驅(qū)動(dòng)裝置必須適應(yīng)車(chē)體與轉(zhuǎn)向架之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)向架與輪對(duì)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。傳遞扭矩的萬(wàn)向軸的長(zhǎng)度必須能夠靈活伸縮，以適應(yīng)車(chē)體與輪對(duì)之間較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 4、車(chē)體懸掛方式的優(yōu)缺點(diǎn) 牽引電機(jī)采用體懸掛的方式可以使得簧下不能通過(guò)彈簧進(jìn)行緩沖的重量大大減輕，這樣減輕了車(chē)輛對(duì)鋼軌的沖擊力，并改善了電機(jī)與齒輪組的工作條件，相對(duì)于軸懸式來(lái)說(shuō)，軸懸式有一半的重量要直接沖擊鋼軌，在同樣沖擊力的情況下，很明顯要比軸懸跑得快。 三、轉(zhuǎn)向架懸掛 1、定義 架懸式懸掛牽引電動(dòng)機(jī)固裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，牽引電動(dòng)機(jī)全部是簧上質(zhì)量，故又稱全懸掛式。牽引電動(dòng)機(jī)架懸式由于簧下質(zhì)量小，適用于快速和高速機(jī)車(chē)。架懸式牽引電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架一起振動(dòng)，與電樞軸上的小齒輪相嚙合的大齒輪也必須隨構(gòu)架振動(dòng)，使大小齒輪的中心距保持不變。把從動(dòng)大齒輪上的力矩傳到輪對(duì)的驅(qū)動(dòng)裝置上是架懸式的關(guān)鍵技術(shù)。該驅(qū)動(dòng)裝置必須是彈性的，以適應(yīng)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架相對(duì)于輪對(duì)各方向的振動(dòng)位移。 2、架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，按彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和布置方式不同，可分為電機(jī)空心軸驅(qū)動(dòng)裝置和輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)裝置兩大類(lèi)。 （1）電機(jī)空心軸驅(qū)動(dòng)裝置 ①示意圖 1—輪對(duì)；2—齒輪箱； 3—小齒輪；4—彈性聯(lián)軸器；5—牽引電動(dòng)機(jī)；6—扭軸； 7—齒形聯(lián)結(jié)器。 牽引電動(dòng)機(jī)固裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，而牽引齒輪箱是軸懸的。牽引電動(dòng)機(jī)的電樞軸是空心的，傳遞扭矩的丑軸從空心電樞軸中穿過(guò)。牽引電動(dòng)機(jī)空心電樞軸的輸出超矩，經(jīng)齒形聯(lián)結(jié)器、扭軸、彈性聯(lián)軸器、小齒輪、大齒輪驅(qū)動(dòng)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。扭桿端的齒形聯(lián)結(jié)器和扭軸與空心電樞軸之間的間隙，允許扭桿傾斜，以適應(yīng)牽引電動(dòng)機(jī)與輪對(duì)之間各個(gè)方向的相對(duì)位移。 ②優(yōu)缺點(diǎn)：電機(jī)空心軸驅(qū)動(dòng)裝置布置緊湊、尺寸小、重量輕，其缺點(diǎn)是簧下質(zhì)量較大、牽引電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度縮短，對(duì)提高功率不利。另外，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度較小，如果各彈性元件的剛度選擇及匹配不恰當(dāng)，會(huì)使輪軌間的黏滑振動(dòng)增大，容易誘發(fā)空轉(zhuǎn)，影響機(jī)車(chē)黏著牽引力的正常發(fā)揮。 （2）輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)裝置 ①示意圖 1—彈性元件；2—空心軸； 3—輪對(duì)；4—軸承； 5—牽引齒輪；6—牽引電動(dòng)機(jī)；7—空心軸套。 大齒輪用滾動(dòng)軸承支承在空心軸套上，而空心軸套緊固在牽引電動(dòng)機(jī)的機(jī)體上。在空心軸套內(nèi)又貫穿一根空心軸，包在車(chē)軸外面，此空心軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的，用來(lái)傳遞牽引電動(dòng)機(jī)的扭矩?？招妮S是一端通過(guò)連接盤(pán)、彈性元件與大齒輪相一端通過(guò)連接盤(pán)、彈性元件與大齒輪相連。另一端通過(guò)連接盤(pán)、彈性元件與輪心相連。牽引電動(dòng)機(jī)扭拒由小齒輪、大齒輪，經(jīng)彈性元件、空心軸，傳至空心軸另一端的彈性元件，傳遞給車(chē)輪，再經(jīng)車(chē)軸傳至另一側(cè)的車(chē)輪。這種驅(qū)動(dòng)裝置稱為輪對(duì)空心軸兩級(jí)彈性驅(qū)動(dòng)裝置。 ②優(yōu)缺點(diǎn)：空心軸兩端的彈性元件為彈性六連桿機(jī)構(gòu)，分別與大齒輪及輪心相連，用來(lái)傳遞扭矩，并且有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能。輪對(duì)空心軸兩級(jí)彈性驅(qū)動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量輕，輪對(duì)與牽引電動(dòng)機(jī)之間得到兩級(jí)彈性隔離，因此有較好的動(dòng)力學(xué)性能，彈性六連桿機(jī)構(gòu)的徑向剛度很大，與車(chē)軸保持同心，不產(chǎn)生離心力而形成附加載荷和應(yīng)力。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 3、架懸式懸掛方式補(bǔ)充 牽引電動(dòng)機(jī)架懸式廣泛應(yīng)用于速度較高的機(jī)車(chē)和動(dòng)車(chē)上。其主要特點(diǎn)是將牽引電動(dòng)機(jī)固裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。因牽引電動(dòng)機(jī)全部質(zhì)量屬于簧上部分，故稱這種懸掛為全懸掛。這種懸掛方式因簧下質(zhì)量較小，有利于機(jī)車(chē)高速運(yùn)行。同時(shí)因線路不平順和沖擊所引起的輪對(duì)垂向和橫向加速度，不會(huì)傳到牽引電動(dòng)機(jī)和牽引齒輪副，使電機(jī)和齒輪副的工作條件大為改善。例如當(dāng)車(chē)輪的垂向加速度為10g時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)的垂向加速度只有0.5g，牽引電動(dòng)機(jī)及牽引齒輪副的工作條件大為改善，故障率減少，工作壽命延長(zhǎng)。機(jī)車(chē)速度愈高，上述優(yōu)點(diǎn)愈明顯。通常認(rèn)為，機(jī)車(chē)最大運(yùn)用速度超過(guò)120km/h就應(yīng)采用牽引電動(dòng)機(jī)架懸式。