牵引电动机悬挂

牵引电动机悬挂
牵引电动机悬挂是牵引电动机的一种安装方式。

分为轴悬式、架悬式、体悬式三类。

轴悬式又称牵引电动机半悬挂，架悬式和体悬式又称牵引电动机全悬挂。

轴悬式悬挂：牵引电动机的一端用抱轴承支在车轴上，牵引电动机约一半质量属簧下质量；另一端弹性吊在转向架构架上，牵引电动机约一半质量属簧上质量。

轴悬式又称半悬挂式，由于簧下质量较大，只适用于最大速度不超过120km/h的中低速机车。

轴悬式又分刚性轴悬式和弹性轴悬式。

牵引电动机的抱轴直接支在车轴上者称为刚性轴悬式，应用广泛。

如果在结构上略加改变，使牵引电动机的抱轴支于空心轴上，此空心轴包在车轴的外面，弹性支于轮心上，这样抱轴载荷弹性地支于车轮上，就不是簧下质量，称为弹性轴悬式，适用于机车最大速度120km/h～160km/h。

大齿轮也固装在空心轴上，大小齿轮啮合，大齿轮的扭矩由空心轴通过弹性装置传到轮心上。

架悬式悬挂：牵引电动机固装在转向架构架上，牵引电动机全部是簧上质量，故又称全悬挂式。

牵引电动机架悬式由于簧下质量小，适用于快速和高速机车（υmax＞120 km/h）。

架悬式牵引电动机和转向架构架一起振动，与电枢轴上的小齿轮相啮合的大齿轮也必须随构架振动，使大小齿轮的中心距保持不变。

把从动大齿轮上的力矩传到轮对的驱动装置上是架悬式的关键技术。

该驱动装置必须是弹性的，以适应转向架构架相对于轮对各方向的振动位移。

体悬式悬挂：对于时速超过200km的动力集中型高速动车组，动力车置于列车两端，中间为拖车，要求动力车具有很大的功率，其牵引电动机车较大，如果采用架悬式，则转向架构架质量增加很多，簧间质量（构架质量位于一二系之间，称为簧间质量）过大，对机车动力学性能、特别是对转向架的蛇行稳定性不利，须设法减小。

为此，把牵引电动机挂在车体底部，使牵引电动机成为二系悬挂之上的车体质量，谓之体悬式，也属于全悬挂。

此时，牵引电动机电枢轴输出的力矩经减速装置传到轮对上产生牵引力，该驱动装置要适应车体与轮对之间各方向的相对位移，该相对位移比架悬式驱动装置要求的相对位移量要大得多。

因此，体悬式牵引电动机的驱动机构最为复杂，只有必要时才采用体悬式。

当高速电动车组为动力分散型时，动车组中有数辆动力车，每辆动力车的功率较小，牵引电动机较小，可以采用架悬式，以简化结构。

半体悬式悬挂牵引电动机的一端与车体相联结，另一端吊在转向架构架上，牵引电动机及驱动装置的大部分质量由车体承担，小部分质量由转向架承担。

这种装置结构较复杂，其动力学性能与体悬式接近。

牵引电动机全悬挂
牵引电动机全悬挂（traction motor full-suspension）牵引电动机的安装方式，包括牵引电动机架悬式和体悬式两类，把牵引电动机悬挂在转向架构架上，位于一系悬挂之上，二系悬挂之下，称为架悬式；把牵引电动机装在车体底部，位于二系悬挂之上，称为体悬式。

牵引电动机架悬式广泛应用于世界各国速度较高的机车和动车上，其主要特点是将牵引电动机固装在转向架构架上，因此牵引电动机全部质量等于簧上质量。

牵引电动机输出轴与轮对之间的驱动装置需要采用能适应各方向相对位移的弹性联轴器作为中间联接装置并传递扭矩。

弹性联轴器在结构上可以采用弹性元件（钢弹簧或橡胶块）,也可以采用具有橡胶衬套的连杆关节机构。

牵引电动机架悬式的优点是：牵引电动机全部是簧上质量，因而簧下质量较小，轮轨垂向动荷载较小，有利于高速运行。

因线路不平顺和轮轨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，例如当车轮的垂向加速度为10g时，牵引电动机的垂向加速度只有0.5g，牵引电动机及牵引齿轮副的工作条件大为改善，故障率减少，工作寿命延长。

机车速度愈高，上述优点愈明显。

通常认为，机车最大运用速度超过120km/h就应采用牵引电动机架悬式。

架悬式驱动机构，按弹性联轴器的结构和布置方式不同，可分为电机空心轴驱动装置和轮对空心轴驱动装置两大类。

电机空心轴驱动装置特点是牵引电动机固装在转向架构架上，而牵引齿轮箱是轴悬的。

牵引电动机的电枢轴是空心的，传递扭矩的丑轴从空心电枢轴中穿过。

牵引电动机空心电枢轴的输出超矩，经齿形联结器、扭轴、弹性联轴器、小齿轮、大齿轮驱动轮对转动。

扭杆端的齿形联结器和扭轴与空心电枢轴之间的间隙，允许扭杆倾斜，以适应牵引电动机与轮对之间各个方向的相对位移。

见图1。

图1 电机空心轴驱动装置示意图
1—轮对；2—齿轮箱；3—小齿轮；4—弹性联轴器；5—牵引电动机；6—扭轴；7—齿形联结器。

此处的牵引齿轮箱是承载部件,比较重。

小齿轮轴用轴承支承在齿轮箱上，齿轮箱的一端用滚动抱轴承支承在车轴上，另一端弹性吊挂在转向架构架上。

大齿轮固装在车轴上。

大齿轮的全部质量和齿轮箱约2/3的质量由车轴支承，为簧下质量，小齿轮的全部质量和齿轮箱约1/3的质量为簧上质量。

电机空心轴驱动装置布置紧凑、尺寸小、重量轻，其缺点是簧下质量较大、牵引电动机长度缩短，对提高功率不利。

另外，整个传动系统的扭转刚度较小，如果各弹性元件的刚度选择及匹配不恰当，会使轮轨间的黏滑振动增大，容易诱发空转，影响机车黏着牵引力的正常发挥。

轮对空心轴驱动装置特点是大齿轮用滚动轴承支承在空心轴套上，而空心轴套紧固在牵引电动机的机体上。

在空心轴套内又贯穿一根空心轴，包在车轴外面，此空心轴是转动的，用来传递牵引电动机的扭矩。

空心轴是一端通过连接盘、弹性元件与大齿轮相一端通过连接盘、弹性元件与大齿轮相连。

另一端通过连接盘、弹性元件与轮心相连。

牵引电动机扭拒由小齿轮、大齿轮，经弹性元件、空心轴，传至空心轴另一端的弹性元件，传递给车轮，再经车轴传至另一侧的车轮。

这种驱动装置称为轮对空心轴两级弹性驱动装置。

见图2。

中国的东风11 型客运内燃机车、韶山8型客运电力机车等采用这种装置。

空心轴两端的弹性元件为弹性六连杆机构，分别与大齿轮及轮心相连，用来传递扭矩，并且有良好的运动学性能。

轮对空心轴两级弹性驱动装置的优点是：簧下质量轻，轮对与牵引电动机之间得到两级弹性隔离，因此有较好的动力学性能，弹性六连杆机构的径向刚度很大，与车轴保持同心，不产生离心力而形成附加载荷和应力。

其缺点是结构比较复杂。

图2 轮对空心轴驱动装置示意图
1—弹性元件；2—空心轴；3—轮对；4—轴承；5—牵引齿轮；6—牵引电动机；7—空心轴套。

牵引电动机体悬式高速动车组的最高运行速度为200 km/h～350 km/h，当动车组为动力集中式时，即动车组的两端为动力车，中间为拖车，则动力车的功率较大，牵引电动机较大、轻重。

如果把牵引电动机置于转向架构架上，则转向架的质量及转
动惯量增大，难于保证高速时转向架的蛇行稳定性。

此时，必须把牵引电动机悬挂在车体的底部，使其成为二系簧以上的质量，这就称为牵引电动机体悬式。

与架悬式相比，体悬式转向架的质量及转动惯量大为减小，高速时转向架的蛇行稳定性较好。

当速动车组为动力分散式时，即动车组中有多辆动车，则每辆动车的功率较小，牵引电动机较小、较轻，则不一定要采用牵引电动机体悬式，有可能仍采用结构较简单的牵引电动机架悬式，高速时转向架的蛇行稳定性仍可得到保证。

牵引电动机体悬式驱动装置牵引电动机悬挂在车体上，其输出扭矩通过齿轮箱（装在车体上）、万向轴、小齿轮、大齿轮传至轮对。

牵引电动机体悬式驱动装置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。

图3 中的关键部件关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、横向及各个回转方向的相对位移。

传递扭矩的万向轴的长度必须能够灵活伸缩，以适应车体与轮对之间较大的相对运动。

牵引电动机半体悬式牵引电动机体悬式的另一种形式。

牵引电动机的一端与车体相联接，另一端吊挂在转向架构架上。

牵引电动机输出扭矩通过轮对空心轴两级弹性驱动装置传至轮对。

牵引电动机及驱动装置的大部分质量由车体承担，小部分质量由转向架承担。

这种置结构复杂，其动力学性能与体悬式接近。

图3 牵引电动机体悬式驱动装置。