趙文闖,李文建,倪曉鶴,許 凱,任 鵬
(洛陽廣通汽車有限公司,河南 洛陽 471000)
目前,電動(dòng)客車動(dòng)力系統(tǒng)廣泛采用電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合型式[1-3],在傳統(tǒng)客車動(dòng)力結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上省掉了離合器和變速器,采用一個(gè)固定速比的減速器,但仍需要安裝傳動(dòng)軸。
客車配置空氣彈簧懸架或板簧懸架時(shí),其行駛過程中懸架跳動(dòng)的方式不同,傳動(dòng)軸最大和最小工作長度在懸架跳動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的位置也不同。由于空氣彈簧懸架安裝有多組推力桿,其跳動(dòng)軌跡相比于板簧懸架更加復(fù)雜[4-5]。所以,本文結(jié)合某空氣彈簧懸架純電動(dòng)客車,介紹其傳動(dòng)軸長度設(shè)計(jì)的三種方法,并進(jìn)行比較。
某車型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置如圖1所示,驅(qū)動(dòng)電機(jī)為后置式,驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出口軸線與驅(qū)動(dòng)橋輸入口軸線重合,兩接口通過傳動(dòng)軸連接,驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝傾角α為3°,上推力桿長度L推1為550 mm,下推力桿長度L推2為584 mm,懸架上跳及下跳極限尺寸h為80 mm,傳動(dòng)軸止口距十字軸中心長度L3為90 mm,驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出口與傳動(dòng)軸輸入口間垂直距離L0為590 mm。
圖1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋布置結(jié)構(gòu)
根據(jù)分析,空氣彈簧懸架客車的傳動(dòng)軸在懸架上跳極限位置或下跳極限位置時(shí),傳動(dòng)軸的工作長度最大。采用三角函數(shù)和勾股定理[6]計(jì)算懸架上跳極限位置時(shí)的傳動(dòng)軸長度尺寸:
代入數(shù)據(jù)得L軸上≈594 mm
懸架下跳極限位置時(shí)的傳動(dòng)軸長度尺寸:
代入數(shù)據(jù)得L軸下≈602 mm
L上=L軸上+5.65 mm≈600 mm
L下=L軸下+5.65 mm≈608 mm
由此,計(jì)算傳動(dòng)軸基準(zhǔn)尺寸L:
L=(L下+L0)/2=599 mm≈600 mm
傳動(dòng)軸安裝尺寸為600 mm時(shí),可取其調(diào)節(jié)余量為±50 mm,即傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)尺寸為600 mm±50 mm。
采用數(shù)值估算法計(jì)算傳動(dòng)軸基準(zhǔn)長度一般存在誤差,在不具備使用繪圖工具的情況下使用。相比于數(shù)值估算法,CAD畫圖法[7]在傳動(dòng)軸長度的設(shè)計(jì)上更加便捷與準(zhǔn)確。
首先,按照?qǐng)D1所示結(jié)構(gòu),將車架、推力桿、懸架、車橋、傳動(dòng)軸等零部件連接結(jié)構(gòu)簡化,其固定點(diǎn)分別標(biāo)記為A、B、C、D、E、F,其中A為上推力桿與車架固定點(diǎn)的回旋中心,B為下推力桿與車架固定點(diǎn)的回旋中心,C為上推力桿與懸架固定點(diǎn)的回旋中心,D為下推力桿與懸架固定點(diǎn)的回旋中心,E為傳動(dòng)軸在車橋端的十字軸中心,F(xiàn)為傳動(dòng)軸在驅(qū)動(dòng)電機(jī)端的十字軸中心,其中固定點(diǎn)C、D、E構(gòu)成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu),如圖2所示。
圖2 車型連接結(jié)構(gòu)固定點(diǎn)位置簡化圖
按照懸架上跳及下跳極限尺寸h=80 mm,懸架跳動(dòng)時(shí),上推力桿和下推力桿分別繞A、B點(diǎn)旋轉(zhuǎn),上推力桿和下推力桿與懸架的固定點(diǎn)上跳及下跳的極限位置分別標(biāo)記為C1、C2和D1、D2。因?yàn)楣潭c(diǎn)C、D、E為三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu),固定點(diǎn)C、D、E的相對(duì)位置不會(huì)發(fā)生變化,可以平移點(diǎn)C、D、E確定傳動(dòng)軸在車橋端的十字軸中心極限位置,標(biāo)記為E1、E2。連接E1F和E2F,即為傳動(dòng)軸兩十字軸中心在上跳極限和下跳極限位置的長度,經(jīng)測量分別為419.4 mm、427.3 mm,如圖3所示。
圖3 懸架跳動(dòng)極限位置畫線圖
加上傳動(dòng)軸止口距兩十字軸中心長度L3分別為599.4 mm和607.3 mm,由此考慮傳動(dòng)軸工作的最大長度和最小長度,計(jì)算傳動(dòng)軸基準(zhǔn)尺寸為598.65 mm,取整為600 mm,并取其調(diào)節(jié)余量為±50 mm,即傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)尺寸為600 mm±50 mm。
采用CATIA軟件中的DMU運(yùn)動(dòng)校核法[8],不僅能準(zhǔn)確設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸長度,還能直觀看到傳動(dòng)軸隨懸架上下跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡,避免產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉問題。但是相較于數(shù)值估算法和CAD畫圖法,所需要的時(shí)間較長,一般在開發(fā)周期較長、時(shí)間充足的情況下才使用。
首先,按圖1結(jié)構(gòu)將車架、推力桿、懸架、車橋、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等零部件裝配到裝配體中,并設(shè)定懸架上跳和下跳極限位置尺寸h均為80 mm。然后在DMU工作環(huán)境下選擇傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)校核的運(yùn)動(dòng)模擬命令,對(duì)懸架跳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬,分別在上跳極限位置和下跳極限位置狀態(tài)下測量傳動(dòng)軸兩十字軸中心間尺寸,分別為419.722 mm、427.261 mm。圖4為下跳極限尺寸DMU的確定方法。加上傳動(dòng)軸止口距兩十字軸中心長度L3,分別為599.722 mm和607.261 mm。計(jì)算傳動(dòng)軸基準(zhǔn)尺寸為598.63 mm,取整為600 mm。取傳動(dòng)軸調(diào)節(jié)余量為±50 mm,并對(duì)基準(zhǔn)長度尺寸取整處理,計(jì)算出傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)尺寸為600 mm±50 mm。
圖4 下跳極限時(shí)兩十字軸中心間尺寸
數(shù)值估算法便于在沒有二維或三維設(shè)計(jì)軟件的情況下對(duì)傳動(dòng)軸長度進(jìn)行估算,數(shù)值一般會(huì)存在±3 mm以內(nèi)的誤差。CAD畫圖法得出的傳動(dòng)軸長度較為準(zhǔn)確,一般在開發(fā)任務(wù)緊急的情況下選用。CATIA軟件DMU運(yùn)動(dòng)校核法不僅可以得到準(zhǔn)確的理論數(shù)據(jù),還能查看傳動(dòng)軸與周邊零件的干涉情況,但是需要花費(fèi)的時(shí)間和精力較多。以上三種設(shè)計(jì)方法均能滿足傳動(dòng)軸長度的精度要求。