專利名稱：驅(qū)動(dòng)軸用的容納支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及驅(qū)動(dòng)軸系統(tǒng)，尤其涉及一種驅(qū)動(dòng)軸的容納支架。
火車中常用的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的特征在于與火車車體連接的牽引電機(jī)；安裝在轉(zhuǎn)向架上的傳動(dòng)齒輪箱；以及在每一端上都與電機(jī)和齒輪箱相連接、以將電機(jī)的能量傳遞到車輪的萬向軸。

圖1表明使用萬向軸的通常結(jié)構(gòu)。所示的火車部分包括車體(10)的下側(cè)和轉(zhuǎn)向架(12)。牽引電機(jī)(14)通過安裝結(jié)構(gòu)(16)連接在車體(10)的下面，且傳動(dòng)齒輪箱(18)安裝在轉(zhuǎn)向架(12)上。齒輪箱(18)與機(jī)內(nèi)輪軸連接，其上安裝有兩個(gè)車輪(圖未示)。萬向軸(20)通過聯(lián)軸器(22，24)在一端連接到電機(jī)(14)上，在另一端連接到齒輪箱(18)上。在操作中，電機(jī)(12)通過萬向軸(20)將功率傳遞至齒輪箱(18)，再傳遞到轉(zhuǎn)向架的每個(gè)輪軸，以驅(qū)動(dòng)車輪。
該驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)潛在的問題是，萬向軸可能會(huì)斷裂或者與電機(jī)或齒輪箱脫離。萬向軸故障可能會(huì)由于以下原因引起轉(zhuǎn)矩過大，或者萬向軸、其接頭或聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)故障所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，或者最終驅(qū)動(dòng)組裝或維護(hù)較差并使得萬向軸的聯(lián)軸器、電機(jī)或齒輪箱分離。萬向軸的轉(zhuǎn)矩過大可能會(huì)由電機(jī)中的軸承或機(jī)械故障引起，從而轉(zhuǎn)子鎖定，或使齒輪箱發(fā)生相似的故障。
如果在火車移動(dòng)時(shí)萬向軸斷裂或任一端脫離，那么軸可能會(huì)向周圍甩打，或穿透車體地板，或?qū)疖囋斐善渌麚p失，并可能撞擊地面，并使轉(zhuǎn)向架脫軌。斷裂或脫離的萬向軸所引起的可能損害會(huì)隨著車輛重量和速度的提高而急劇增大，因?yàn)槿f向軸的重量和旋轉(zhuǎn)速度也在增大。
斷裂或脫離的萬向軸的容納難度也急劇增加，這是因?yàn)槿f向軸的重量和旋轉(zhuǎn)速度的增大，會(huì)使得甩打軸所施加的力也更大。此外，隨著火車速度增大，使火車停止進(jìn)而使萬向軸停止旋轉(zhuǎn)所需的時(shí)間也增大，這樣斷裂的萬向軸必須被容納較長(zhǎng)的時(shí)間。
因而，需要一種裝置，其用于在高速車輛中來容納任一端斷裂或脫離的驅(qū)動(dòng)軸。
本發(fā)明提供一種用于驅(qū)動(dòng)軸的容納支架，其包括限定開口的支架和柔性元件，其中該驅(qū)動(dòng)軸貫穿該開口，且該柔性元件位于該支架的至少一部分的周圍，并且在每一端進(jìn)行緊固。該柔性元件可以包括線纜，多個(gè)線纜，或帶體，且該柔性元件優(yōu)選保持在拉伸狀態(tài)下。該柔性元件纏繞該支架至少一次，并緊固在該支架的第一上側(cè)。
該支架包括限定該支架開口的凸緣和朝向該凸緣的每一邊緣進(jìn)行設(shè)置的兩個(gè)腹板，其中該柔性元件位于該腹板之間的凸緣的至少一部分的周圍。該容納支架還可以包括用于檢測(cè)該驅(qū)動(dòng)軸故障或斷開連接的軸故障檢測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一方面提供一種傳動(dòng)系統(tǒng)，其包括驅(qū)動(dòng)軸，其在第一端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，且在另一端與從動(dòng)機(jī)構(gòu)相連；以及上述的支架。
下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方案的附圖來舉例說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1顯示使用萬向軸的常規(guī)牽引結(jié)構(gòu)；圖2顯示用于容納萬向軸的支架的一個(gè)實(shí)施方案；圖3是圖2中容納支架的仰視圖，包括纏繞在支架周圍的線纜帶體；圖4是圖3的容納支架的側(cè)視圖，表明線纜帶體的細(xì)節(jié)；圖5是牽引結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，顯示本發(fā)明的萬向軸和容納支架的位置；圖6是圖5的牽引結(jié)構(gòu)的俯視圖，表明萬向軸和容納支架的位置；圖7顯示斷裂軸施加在圖3中容納支架上的撞擊力；及圖8是圖3中容納支架的立體圖，包括斷裂萬向軸檢測(cè)系統(tǒng)。
下面說明驅(qū)動(dòng)軸用的容納支架的實(shí)施方案。首先參閱圖2，所示的容納支架(30)包括兩個(gè)垂直腹板(34，36)和限定開口的矩形凸緣(38)，其中萬向軸穿過該開口。支架(30)可以由鋼、金屬合金、塑料復(fù)合材料構(gòu)成，或者由在軸脫離或斷裂的情況下可提供容納萬向軸所需的抗撞擊性的其他任何材料構(gòu)成。
角托架(40，41)設(shè)置有連接裝置，以使支架(30)與適合的安裝結(jié)構(gòu)相連接以定位支架，從而容納萬向軸。支架(30)可通過螺栓連接或焊接到支承結(jié)構(gòu)上，或者使用其他適合的連接裝置；角托架(40，41)中的安裝孔(42)可用于此目的。支架(30)的兩端在垂直腹板(34，36)中，設(shè)置有用于容納榫銷的孔(44)，從而圖3所示并在下面說明的那樣來緊固線纜帶體。
線纜帶體可以與支架(30)一起使用。圖3表明容納支架(30)的仰視圖，且線纜(50)在支架的腹板(34，36)之間圍繞支架凸緣(38)纏繞多圈。優(yōu)選地，線纜(50)保持在拉緊狀態(tài)，并通過將每一端繞在榫銷(46，48)上進(jìn)行緊固，其中該榫銷位于支架腹板(34，36)的孔(44)中。按這種方式，線纜(50)盡可能與萬向軸移動(dòng)的包絡(luò)面保持接近，從而容納由轉(zhuǎn)向架的移動(dòng)和車體的傾斜位移所引起的軸操作移動(dòng)。線纜(50)優(yōu)選由高抗拉性鋼、凱夫拉爾纖維(kevlar)、或者能夠承受高拉伸和脫離萬向軸所引起的撞擊震動(dòng)的類似材料制成。線纜可以包括編織、搓捻、平行搓合或任何其他適合結(jié)構(gòu)的單股線或多股線。
圖4表明從圖3的剖面A-A看到的側(cè)視圖。在線纜(50)的每一端形成環(huán)，每個(gè)環(huán)繞過套環(huán)(52，54)，該套環(huán)位于榫銷(46，48)的周圍，且線纜的端部由夾具(56，58)緊固。也可以使用其他適合方式緊固線纜(50)的端部，從而使線纜在支架周圍保持拉伸狀態(tài)。
圖3和圖4中所示的線纜(50)從榫銷(48)起沿凸緣(38)的上邊緣進(jìn)行纏繞，繞凸緣進(jìn)行順時(shí)針纏繞，并在榫銷(46)處終止?？蛇x擇地，線纜可以從榫銷(48)起沿凸緣(38)的左側(cè)邊緣向下且沿凸緣的下邊緣按逆時(shí)針方向纏繞在凸緣周圍，并在榫銷(46)處終止。此外，盡管所述容納支架的線纜帶體包括繞容納支架的凸緣纏繞多次的線纜，但是線纜也可以僅纏繞支架一次，或者可以從榫銷(46)到榫銷(48)繞凸緣(38)的下邊緣形成環(huán)，而根本不環(huán)繞支架。
另一種選擇是使用多根線纜來代替單根線纜，其中每根線纜形成環(huán)或繞支架纏繞一次或多次。盡管所示線纜是圓形截面，但也可以使用扁平截面(形成帶體)、方形截面或任何其他適合的截面。
圖5顯示與火車車體(10)下方的安裝座架(32)相連接的支架(30)的側(cè)視圖。萬向軸(20)通過聯(lián)軸器(22)與電機(jī)連接，并貫穿支架(30)以通過聯(lián)軸器(24)連接至齒輪箱。支架(30)的安裝位置使得在萬向軸和矩形凸緣(38)之間提供所需的間隙，以限定萬向軸穿過的支架(30)中的開口。
圖6表明支架(30)和萬向軸(20)的俯視圖。當(dāng)轉(zhuǎn)向架相對(duì)于車體移動(dòng)時(shí)，萬向軸也在支架(30)的開口內(nèi)沿垂直和水平方向移動(dòng)。當(dāng)支架(30)使用在傾斜的火車上時(shí)，隨著火車通過拐角并且火車車體相對(duì)于轉(zhuǎn)向架傾斜，萬向軸在支架開口內(nèi)的移動(dòng)加劇。支架(30)中的開口尺寸必須正確，且必須正確放置支架，以適應(yīng)萬向軸的這種移動(dòng)。
如上所述，萬向軸故障可能因齒輪箱或電動(dòng)卡死帶來的過大轉(zhuǎn)矩引起?？ㄋ例X輪箱會(huì)使?fàn)恳姍C(jī)較快地轉(zhuǎn)速下降，這將通過產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行反作用。在最惡劣情況下，這種突然的轉(zhuǎn)矩反作用可以激勵(lì)驅(qū)動(dòng)線路的固有頻率，從而由電機(jī)在萬向軸中產(chǎn)生兩倍于最大轉(zhuǎn)矩的動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在卡死電機(jī)情況下，最大程度是萬向軸中產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩被限制為輪軌粘著。
萬向軸故障使萬向軸和齒輪箱分離，這將使?fàn)恳姍C(jī)處于未加載狀態(tài)。牽引系統(tǒng)通常檢測(cè)電機(jī)上的未加載條件，且將使電機(jī)功率降低。這種情況下的能量?jī)?chǔ)存的水平相對(duì)較低，并與電機(jī)轉(zhuǎn)子和萬向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性成比例。在這種情況下，支架必須能夠在電機(jī)和軸減速的時(shí)間內(nèi)容納脫離的萬向軸。
萬向軸故障使萬向軸和電機(jī)分離，這將使軸以齒輪箱輸入軸的速度旋轉(zhuǎn)。只要火車?yán)^續(xù)移動(dòng)，軸將以與輪軸速度成固定比例的速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。如上所述，牽引系統(tǒng)通常檢測(cè)電機(jī)上的未加載條件，并將使電機(jī)功率降低。在這種情況下，支架必須能夠在火車減速的時(shí)間內(nèi)容納脫離的萬向軸。
在萬向軸與牽引電機(jī)在牽引電機(jī)端部處進(jìn)行分離的情況下，需要容納住萬向軸，直到火車停止?？梢灶A(yù)料到，在這段時(shí)間內(nèi)，萬向軸多次對(duì)容納支架進(jìn)行連續(xù)撞擊，并且大部分沿支架的底邊緣進(jìn)行撞擊。盡管由于齒輪箱端部的振動(dòng)水平較高，萬向軸最可能在該端部分離，但是容納支架優(yōu)選被設(shè)計(jì)成可以承受較惡劣情況下引起的撞擊。模擬實(shí)驗(yàn)表明，脫離的萬向軸的行為與偏離中心的旋轉(zhuǎn)陀螺相似，且萬向軸的軌跡取決于系統(tǒng)慣性主軸及萬向軸繞軸線旋轉(zhuǎn)的初始速度。因此，萬向軸在垂直于主軸的平面內(nèi)呈現(xiàn)擺線軌跡。
模擬撞擊情況下的研究表明，萬向軸施加在容納支架上的總力大小與萬向軸的初始速度成比例。容納支架的腹板中的最大應(yīng)力隨萬向軸施加在容納支架的撞擊力的水平呈線性增大。如果萬向軸在電機(jī)端進(jìn)行分離，那么斷裂檢測(cè)系統(tǒng)通常使火車緊急剎車。在進(jìn)行緊急剎車直到火車完全停下的時(shí)間段內(nèi)，容納支架必須能夠承受萬向軸對(duì)支架施加的多次撞擊。
圖7顯示了在萬向軸故障過程中由于萬向軸的撞擊作用在容納支架(30)上的力，其中該容納支架帶有線纜帶體(50)。由于撞擊轉(zhuǎn)移到支架(30)上的負(fù)載由箭頭(60)代表。這使得負(fù)載(62)被轉(zhuǎn)移到線纜帶體(50)上。負(fù)載(62)作為每半根線纜帶體中的拉伸力(64，66)被轉(zhuǎn)移至線纜帶體。這些拉伸力(64，66)對(duì)抗由線纜帶體的各個(gè)繞線中的拉伸力(由箭頭68，70代表)和在支承銷(46，48)處的拉伸力(由箭頭72，74代表)，其中拉伸力(68，70)由各個(gè)線路繞線相對(duì)于容納支架的腹板(34，36)和凸緣(38)及相對(duì)于相鄰線纜繞線的摩擦所引起。
如圖7所示，較大的撞擊會(huì)使容納支架發(fā)生塑性變形，從而使得支架永久彎曲。在這種撞擊過程中，線纜帶體(50)處于拉伸態(tài)，且發(fā)生彈性形變(也可能發(fā)生一定量的塑性形變，從而使纜線圈發(fā)生少量的永久延伸)。線纜帶體的彈性形變有助于容納支架抵抗故障萬向軸的甩打所引起的連續(xù)撞擊，并防止支架斷裂和釋放萬向軸。
圖8表明帶有斷裂萬向軸檢測(cè)系統(tǒng)的容納支架。該檢測(cè)系統(tǒng)包括水平放置的支柱(80)，其與凸緣(38)的下部?jī)?nèi)側(cè)面相鄰，且略置于其上。支柱(80)在一端固定于樞軸點(diǎn)(82)處。支柱(80)的另一端位于可斷開管(84)和檢測(cè)器(90，92)之間，其中該檢測(cè)器置于板(94)上，以促進(jìn)正確定位?？蓴嚅_管(84)利用與支柱(80)的缺口部分(88)相鄰近的夾子(86)保持就位，從而支柱(80)的下邊緣靠著可斷開管(84)的每一端。
如果萬向軸斷裂或斷開連接，那么其將移動(dòng)到其允許和正常移動(dòng)范圍之外，并撞擊支柱(80)的上邊緣。支柱(80)繞樞軸點(diǎn)(82)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而在可斷開管(84)的每一端上施加壓力。如果萬向軸對(duì)支柱(80)的撞擊足夠大，可斷開管(84)上的壓力將使其斷裂，從而使支柱(80)進(jìn)一步順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣支柱(80)的上邊緣就遠(yuǎn)離檢測(cè)器(90，92)。可以使用其他適合元件替代可斷開管(84)，例如金屬或在壓力下彎曲的塑料元件、彈簧或橡膠元件?？蛇x擇地，可以省略這種元件，且支柱(80)被固定和設(shè)計(jì)成僅當(dāng)足夠力的萬向軸撞擊時(shí)才旋轉(zhuǎn)，或者被設(shè)計(jì)成在上述力的作用下彎曲。
當(dāng)支柱(80)的上邊緣遠(yuǎn)離檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)器(90，92)產(chǎn)生信號(hào)，以表明萬向軸發(fā)生故障。檢測(cè)器(90，92)可以是壓力開關(guān)、位置開關(guān)、磁力傳感器，或任何其他適合類型的近程傳感器。在此實(shí)施方案中使用兩個(gè)檢測(cè)器(90，92)，從而為兩個(gè)不同系統(tǒng)提供信號(hào)，但是也可以使用單個(gè)檢測(cè)器來為兩個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生信號(hào)，或者可以使用兩個(gè)檢測(cè)器以提供冗余。優(yōu)選地，檢測(cè)器的位置使得在斷裂或斷開連接的萬向軸的撞擊下支柱(80)遠(yuǎn)離檢測(cè)器。可選擇地，檢測(cè)器的位置位于支柱的旁邊或下面，并被設(shè)計(jì)成可以相對(duì)于檢測(cè)器來檢測(cè)支柱的任何移動(dòng)。
檢測(cè)器(90，92)產(chǎn)生的信號(hào)，可用于向火車管理系統(tǒng)提供萬向軸故障信號(hào)，從而向火車司機(jī)提醒這種故障情況，并向火車控制系統(tǒng)提供信號(hào)，以使系統(tǒng)自動(dòng)采取行動(dòng)。
從而，本發(fā)明描述了一種用于容納斷裂或斷開連接的驅(qū)動(dòng)軸的裝置的實(shí)施方案。應(yīng)該注意到，上述實(shí)施方案可以有各種修改和選擇形式。例如，盡管容納支架被描述用于火車中的萬向軸，但是也可用于使用高速軸的任何應(yīng)用中，如在車輛傳動(dòng)系統(tǒng)、工業(yè)或農(nóng)業(yè)機(jī)械，其中軸將任何類型的驅(qū)動(dòng)裝置之間的能量傳遞給任何類型的從動(dòng)裝置。盡管支架被描述在其上邊緣處進(jìn)行安裝，但是支架可以安裝在側(cè)面或底部。所示支架是完全環(huán)繞萬向軸的單件體；但是可選擇地，支架可以是兩件或多件，并通過使用螺栓或焊接固定以環(huán)繞萬向軸；或者可以設(shè)計(jì)成“U”型或“C”型，其盡管沒有完全環(huán)繞萬向軸，但在萬向軸故障的情況下仍能提供一些保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)軸的容納支架，包括限定開口的支架(30)和柔性元件(50)，其中驅(qū)動(dòng)軸(20)貫穿該開口，且該柔性元件位于該支架的至少一部分的周圍，并且在每一端進(jìn)行緊固。
2.如權(quán)利要求1所述的容納支架，其特征在于該柔性元件(50)包括線纜。
3.如權(quán)利要求1所述的容納支架，其特征在于該柔性元件(50)包括多個(gè)線纜。
4.如權(quán)利要求1所述的容納支架，其特征在于該柔性元件(50)包括帶體。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的容納支架，其特征在于該柔性元件(50)保持在拉伸狀態(tài)下。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的容納支架，其特征在于該柔性元件(50)纏繞該支架至少一次。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的容納支架，其特征在于該柔性元件(50)的第一端緊固在該支架(30)的第一上側(cè)。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的容納支架，其特征在于該支架(30)包括限定該支架的開口的凸緣(38)和朝向該凸緣的每一邊緣進(jìn)行設(shè)置的兩個(gè)腹板(34，36)，其中該柔性元件(50)位于所述腹板之間的凸緣的至少一部分的周圍。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的容納支架，還包括用于檢測(cè)該驅(qū)動(dòng)軸故障或斷開連接的軸故障檢測(cè)系統(tǒng)。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的容納支架，還包括軸故障檢測(cè)系統(tǒng)，其包括與凸緣(38)的內(nèi)側(cè)表面相鄰的支柱(80)，其中當(dāng)軸斷裂或斷開連接時(shí)，該支柱可以在軸的撞擊下移動(dòng)；以及與該支柱(80)的一端相鄰的至少一個(gè)檢測(cè)器(90，92)，其中當(dāng)軸斷裂或斷開連接時(shí)該支柱(80)在軸的撞擊下移動(dòng)時(shí)，該檢測(cè)器產(chǎn)生軸故障信號(hào)。
11.如權(quán)利要求6所述的容納支架，其特征在于該支柱(80)的移動(dòng)由一個(gè)元件(84)限制，其中當(dāng)軸斷裂或斷開連接時(shí)該軸撞擊支柱時(shí)，該元件屈服且使該支柱移動(dòng)。
12.如權(quán)利要求6所述的容納支架，其特征在于該檢測(cè)器(90，92)向火車管理系統(tǒng)提供軸故障信號(hào)，用于表明軸發(fā)生故障。
13.一種傳動(dòng)系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)軸(20)，其在第一端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)相連，且在第二端與從動(dòng)機(jī)構(gòu)(18)相連；及根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的支架(30)。
14.如權(quán)利要求13所述的傳動(dòng)系統(tǒng)，還包括如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的軸故障檢測(cè)系統(tǒng)。
全文摘要
一種容納斷裂或斷開連接的驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行移動(dòng)的容納支架，包括限定了開口的剛性支架和線纜，其中該驅(qū)動(dòng)軸穿過該開口；以及纏繞該支架并在每一端進(jìn)行緊固的線纜。該容納支架可以包括限定該支架開口的凸緣和朝向該凸緣的每一邊緣進(jìn)行設(shè)置的兩個(gè)腹板，同時(shí)線纜在兩個(gè)腹板之間纏繞在凸緣周圍。軸故障檢測(cè)系統(tǒng)，可以包括與凸緣的內(nèi)表面相鄰的支柱，其中當(dāng)軸斷裂或斷開連接時(shí)，該支柱在軸的撞擊下可以移動(dòng)；以及與該支柱的一端相鄰的至少一個(gè)檢測(cè)器，其中當(dāng)軸斷裂或斷開連接時(shí)，該支柱在軸的撞擊下移動(dòng)時(shí)，該檢測(cè)器產(chǎn)生軸故障信號(hào)。
文檔編號(hào)B60K17/24GK1784329SQ200480011934
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
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