用于机动车辆， 特别是铁路车辆的传动组件 技术领域 本发明涉及一种用于机动车辆， 特别是铁路车辆的传动组件， 这种类型的传动组 件包括 ： 传动轴， 以及滑动连接模块 ； 所述传动轴能绕传动轴线转动。所述传动轴包括 ：
- 驱动端部分 ；
- 连接端部分， 传动连接至所述滑动连接模块 ； 以及
- 可断开部分， 固定连接所述驱动端部分及所述连接端部分， 并适用于在超过所述 驱动端部分和所述连接端部分之间预先确定的扭矩时断开。
所述连接模块包括 ： 连接外壳， 容纳所述传动轴的所述连接端部分， 从而所述连接 端部分在绕所述传动轴线转动中连接所述连接外壳， 并可沿所述传动轴线滑动 ； 所述连接 模块还包括 ： 导向套， 所述导向套包括导向环， 所述导向环引导所述传动轴的驱动端部分沿 所述传动轴线平移和绕所述传动轴线转动。
背景技术
公知的是， 铁路车辆包括这种类型的传动组件， 即： 传动连接马达和由转向架承载 的转动轮的传动组件。
传动轴包括 ： 配有三脚架的传动杆。 所述三脚架容纳于互补凹陷部分中， 所述互补 凹陷部分由连接外壳形成并包含容纳所述三脚架的轨道， 以便所述三脚架可平行于所述传 动轴线滑动， 并可在绕所述传动轴线转动中连接至所述连接外壳。所述传动轴的可断开部 分包括 ： 传动杆中配备的校准槽。
所述导向套包括 ： 两个青铜环， 引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线平 移及绕所述传动轴线转动。当动力传输链中出现机械故障时， 用作安全熔断器 (safety fuse) 的传动杆在校准槽区域处断开。 由于所述驱动端部分在所述二个青铜环上自由转动， 所以， 所述驱动端部分和包含所述三脚架的所述连接部分变得彼此独立。
然而， 尽管这种保险系统是有效的， 但是在商业服务中其仅允许以约 80km/h 的极 低运行速度运行几个小时。
文献 FR-A-2 891 330 提出， 通过用设置在连接外壳和转向架的万向接头之间的 保险模块代替由传动杆的可断开部分形成的保险设备， 来改进所述传动组件。
这种设备的益处在于 ： 在安全熔断器断裂之后， 允许铁路车辆的商业运行速度 (330km/h) 维持数天。
但是， 这种设备较复杂。 发明内容 本发明的目的在于提供一种允许铁路车辆在安全熔断器断裂之后维持其高商业 运行速度并且简单的传动组件。
因此， 本发明涉及一种用于上述类型的机动车辆的传动组件， 其特征在于所述导 向套进一步包括 ： 至少一个滚动轴承， 用于引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线
平移和绕所述传动轴线转动 ； 所述导向环可从小内径的初始收缩态膨胀为大内径的膨胀状 态， 所述滚动轴承或每个所述滚动轴承的内径都大于所述导向环在其收缩状态下的内径并 小于所述导向环在其膨胀状态下的内径。
根据特定的实施例， 根据本发明的用于机动车辆的传动组件包括以下一个或多个 ( 采用单独或任何一种技术上可行的组合形式的 ) 特征 ：
- 所述滚动轴承包括 ： 外环和设置在所述外环中的内环， 所述内环和所述外环在 所述内环和所述外环之间界定了轴承座圈。
- 所述滚动轴承弹性地安装于所述滚动轴承的轴线的径向 ；
- 所述传动组件包括 ： 弹性支撑环， 环绕所述滚动轴承的外环， 以便在所述导向套 中为所述外环提供径向位移的自由度 ；
- 所述滚动轴承具有由低摩擦系数材料例如青铜制成的、 用以引导所述传动轴驱 动端部分的内表面 ；
- 所述滚动轴承配有具有低摩擦系数的内环， 所述内环界定了所述内表面， 并设置 在界定了轴承座圈的所述内环内 ；
- 所述导向套包括一个额外的滚动轴承， 所述额外的滚动轴承引导所述传动轴的 驱动端部分沿所述传动轴线平移和绕所述传动轴线转动， 优选地， 所述导向环设置在所述 两个滚动轴承之间 ； - 所述导向环和所述滚动轴承沿所述传动轴线相对于彼此隔开设置 ；
- 当所述导向环处于其膨胀状态下时， 所述滚动轴承引导所述传动轴围绕所述传 动轴线转动及沿所述传动轴线平移 ；
- 在所述传动轴断裂之前， 所述滚动轴承或每个所述滚动轴承都不与所述传动轴 接触 ；
- 所述传动组件包含弹性填充机构 (resilient loading means)， 用于使所述导向 环从其收缩状态形变到其膨胀状态 ；
- 所述导向环被径向分割为多个部分， 所述弹性填充机构则设置在所述部分之间 以促使所述部分彼此径向分开 ；
- 所述导向环被环绕所述导向环的压缩环束缚在其收缩状态下， 所述压缩环在高 于阀值温度时发生可塑性形变， 并因此适用于允许所述导向环膨胀至其膨胀状态 ；
- 所述导向环界定了内轴承表面， 所述内轴承表面由低摩擦系数材料例如青铜制 成；
- 所述传动组件包括止动环， 特别是刚性环 ； 所述止动环界定导向表面， 所述导向 表面引导所述传动轴的驱动端部分沿所述传动轴线平移及绕所述传动轴线转动。 所述止动 环具有内径， 所述内径适用于在所述传动轴断裂的情况下限制作用于所述滚动轴承的径向 应力 ；
- 在所述传动轴断裂之前， 所述止动环不与所述传动轴接触 ；
- 所述导向环、 所述滚动轴承、 所述额外的滚动轴承和所述止动环在所述连接部分 的方向上按照以下顺序沿所述传动轴线依次设置 ： 所述滚动轴承、 所述导向环、 所述额外的 滚动轴承和所述止动环 ；
- 所述止动环包括 ： 内轴承表面 ；
- 当所述传动轴断裂时， 所述驱动端部分径向抵靠所述止动环 ； - 所述传动组件包括 ： ·驱动万向接头， 用于连接至驱动马达 ； ·从动万向接头， 由所述驱动万向接头驱动， 用于驱动连接机动车辆的转动轮 ； 以及 ·驱动滑动连接系统， 位于所述驱动万向接头和所述从动万向接头之间， 并包括所 述传动轴和所述滑动连接模块。
本发明还涉及一种机动车辆， 特别是一种铁路车辆， 所述机动车辆包括驱动马达 和转动轮， 以及传动连接所述驱动马达和所述转动轮的传动组件， 其特征在于， 该传动组件 为以上所定义的传动组件。
附图说明
通过阅读以下仅作为实施例给出的说明， 并参照附图， 将更好地理解本发明， 其 中，
图 1 为根据本发明的铁路车辆的局部剖面示意图 ；
图 2 为图 1 的铁路车辆的传动组件的局部纵向剖面示意图 ；
图 3 为图 2 的传动组件的细节放大示意图 ；
图 4 为配备在图 2 和图 3 的传动组件上的导向环的横向剖面示意图 ； 以及
图 5 至图 9 为图 3 的放大示意图， 示出了例如在发动机故障的情况下， 传动轴断裂 之前和之后传动组件的运行方式。 具体实施方式
图 1 为铁路车辆 4 的传动组件 2 的示意图， 传动组件 2 用于将安装在底盘 8 上的 驱动马达 6 传动连接至安装在转向架 12 上的转动轮 10。
如图 2 所示， 传动组件 2 包括 ： 驱动万向接头 14， 设置在发动机底盘 8 上并传动连 接至发动机 6 ； 从动万向接头 16， 设置在转向架 12 上并传动连接至轮 10 ； 以及驱动滑动连 接系统 18， 位于驱动万向接头 14 和从动万向接头 16 之间。
滑动连接系统 18 包括 ： 传动轴 22， 可绕传动轴线 A 转动 ； 以及， 滑动连接模块 24。
在以下说明中将要使用的措辞 “径向” 和 “轴向” 是关于转动轴线 A 而言的。
传动轴 22 包括 ： 驱动端部分 26 ； 连接端部分 28 ； 以及可断开部分 30， 固定连接驱 动端部分 26 和连接端部分 28， 并适用于在超过驱动端部分 26 和连接端部分 28 之间预先确 定的扭矩时断开。
驱动端部分 26 固定连接至驱动万向接头 14， 且连接部分 28 容纳于连接模块 24 中， 以便连接部分 28 可沿传动轴线 A 滑动并在绕传动轴线 A 的转动中连接至连接模块 24。
可断开部分 30 包括 ： 传动轴 22 的校准槽 32。
传动轴 22 的连接端部分 28 包括 ： 传动杆 34， 以传动轴线 A 为传动杆 34 的轴线 ； 以及三脚架 36， 固定连接至杆 34 并且是象征性地示出的。
轴 22 的驱动端部分 26 和可断开部分 30 与杆 34 为一个整体。
杆 34 具有例如齿条， 所述齿条在杆 34 绕传动轴线 A 转动中连接三脚架 36。三脚架 36 包括例如绕传动轴线 A 呈 120°间隔设置的三个分支 38， 每个分支 38 都具有滚动轮 40。在附图中仅可看到一个分支 38。
滑动连接模块 24 一方面包括 ： 连接外壳 44， 容纳传动轴 22 的连接端部分 28， 其方 式使得连接端部分 28 在绕传动轴线 A 转动中连接至连接外壳 44 并可沿传动轴线 A 滑动 ； 滑动连接模块 24 另一方面包括 ： 导向套 46， 用于引导端部 26 沿驱动轴线 A 平移和绕驱动 轴线 A 转动。
套 46 和外壳 44 共同界定了用于容纳传动轴 22 的壳体。
借助于例如螺钉， 套 46 可拆除地固定在连接外壳 44 上。
连接外壳 44 固定地连接至从动万向接头 16。
连接外壳 44 包括 ： 凹部 50， 用于容纳三脚架 36。 凹部 50 界定了三对行进轨道 ( 未 示出 )， 每对行进轨道都容纳各自的轮 40， 轮 40 适用于平行于传动轴线 A 滚动。
导向套 46 包括 ： 中空体 52， 固定于连接外壳 44 ； 以及导向环 54 和两个滚动轴承 56， 容纳于中空体 52 中。
导向套 46 还包括 ： 刚性环 58， 用于限制传动轴 22 在断裂之后可能的径向位移自 由度， 并由此限制断裂时作用于环 54 和轴承 56 的应力。 如图 3 中所更加详细地示出的， 导向环 54 界定了轴线 A 的内轴承表面 60， 内轴承 表面 60 在轴 22 未断裂时引导驱动端部分 26 绕轴线 A 转动并沿轴线 A 平移。
当然， 在未断裂且传动组件 2 正常运转的情况下， 环 54 的内支撑面 60 与由驱动端 部分 26 形成的圆柱形杆接触。
导向环 54 的特征是 ： 可从小内径的收缩状态自动膨胀为大内径的膨胀状态。
为此， 如图 4 所示， 环 54 被分割为多个径向部分 62， 并且环 54 包括弹性填充机构 64， 弹性填充机构 64 配备在部分 62 之间以使部分 62 彼此径向分开。
压缩环 66 环绕环 54 并使环 54 束缚在环 54 的收缩状态， 直至传动轴 22 发生可能 的断裂。压缩环 66 容纳于中空体 52 的轴线 A 的内轴承表面 67 中。
在传动轴 22 断裂之前， 轴 22 的驱动端部分 26 转动连接至导向套 46 的中空体 52， 且轴 22 和环 54 之间的摩擦力很低。
当然， 导向环 54 的轴承表面 60 由具有低摩擦系数的材料例如青铜制成。
断裂后， 传动轴 22 的驱动端部分 26 相对于中空体 52 以极高的速度转动， 这在导 向环 54 中产生很大的摩擦并使其温度上升。
压缩环 66 由塑料材料制成， 所述塑料材料适用于在温度高于阈值时在弹性填充 机构 64 的作用下进行可塑性形变。例如， 所述阈值约为 130℃至 140℃。
因此， 断裂发生时， 压缩环 66 变得可以延展并允许导向环 54 膨胀至导向环 54 的 大直径膨胀状态， 这将参照图 7 和图 8 进行说明。
滚动轴承 56 设置在导向环 54 的两侧。导向环 54 和滚动轴承 56 沿传动轴线相对 于彼此隔开设置。
各个轴承 56 完全相同， 且每个轴承都具有界定外轴承座圈的外环 68 和界定内轴 承座圈的内环 69， 内环 69 和外环 68 之间有滚动元件 70， 在所示实施例中滚动元件 70 具体 为滚珠。
滚动轴承 56 的内径大于导向环 54 在导向环 54 的收缩状态下的内径且小于导向
环 54 在导向环 54 的膨胀状态下的内径。
每个滚动轴承 56 都包括 ： 内环 72， 设置在内环 69 中， 具有低摩擦系数。环 72 界 定了轴线 A 的圆柱形轴承表面 74。环 72 由例如青铜制成。
从图 3 和图 5 可以看出， 在正常运转中， 换言之， 当可断开部分 30 未受损时， 滚动 轴承 56， 特别是轴承表面 73 不与传动轴 22 接触。
每个滚动轴承 56 都还具有相对于中空体 52 弹性地安装于轴线 A 的径向的特征。
当然， 轴线 A 的轴承 56 由弹性支撑环 76 承载， 环 76 本身抵靠中空体 52 的内轴承 表面 78 设置。
支撑环 76 允许滚动轴承 56 进行弹性的自由径向位移。
相对于轴承 56 和环 54， 刚性环 58 本身则设置在中空体 52 内、 在传动轴 22 的连接 部分 28 侧。轴线 A 的刚性环 58 界定内轴承表面 80。
从图 3 可以看出， 滚动轴承 56、 导向环 54 和刚性环 58 在连接端部分 28 的方向上 ( 在图 3 中从左至右 ) 按照以下顺序沿所述传动轴线依次设置 ： 第一滚动轴承 56、 导向环 54、 第二滚动轴承 56 和刚性环 58。
刚性环 58 设置为在轴 22 断裂的情况下限制驱动端部分 26 的位移自由度， 并由此 限制轴承 56 的径向位移自由度。 为此， 环 58 由刚性材料例如钢制成。环 58 的内径大于滚动轴承 56 的内径， 也大 于导向环 54 在其收缩状态下的内径。从图 3 和图 5 可以看出， 在正常运转中， 刚性环 58， 特 别是内轴承表面 80， 不与传动轴 22 接触。
换言之， 刚性环 58 为限制环。措辞 “刚性” 是指 ： 环 58 的弹性小于压缩环 66 和支 撑环 76 的弹性。
最后， 导向套 46 在其远离传动轴 22 的连接部分 28 的一端配有用于密封中空体 42 的弹性密封 82( 图 2)。
现在， 将参考图 2 及图 5 至图 9 说明根据本发明的传动组件的运转。
在正常运转中， 换言之， 当可断开部分 30 未受损时， 马达通过驱动万向接头 14、 传 动轴 22 和传动轴 22 的三脚架 36、 连接外壳 44、 以及从动万向接头 16 驱动转动轮 10。
如果发生故障， 例如驱动马达 6 发生故障， 在传动轴 22 的驱动端部分 26 和连接部 分 28 之间作用于可断开部分 30 的扭矩达到预先确定的峰值， 则可断开部分 30 在校准槽 32 处断开。
然后， 传动轴 22 的驱动端部分 26 和连接端部分 28 相互断开。 驱动端部分 26 和连 接端部分 28 可沿传动轴线 A 相对于彼此自由平移， 并绕传动轴线 A 相对于彼此自由转动。
驱动端部分 26 仍然与马达 6 传动连接， 而连接部分 28、 连接外壳 44 和导向套 46 仍然与轮 10 传动连接。
基于此， 驱动端部分 26 在导向套 46 中高速转动。
所述断裂通常会在轴 22 的驱动端部分 26 中产生很大的径向应力。
当径向碰撞发生时， 如图 6 所示， 驱动端部分 26 径向抵靠刚性环 58。 由此， 刚性环 58 限制轴 22 的径向位移自由度， 因此， 限制了作用于环 54 和轴承 56 的应力。从图 6 可以 看出， 断裂期间， 驱动端部分 26 抵靠滚动轴承 56、 导向环 54 和刚性环 58。驱动端部分 26 和第一和第二滚动轴承 56 的接触区域导致各个弹性支撑环 76 相对于所述传动轴线在径向
相对的方向上发生形变。在图 6 中， 传动轴 22 与第一和第二滚动轴承 56 的接触区域分别 位于第一滚动轴承 56 的底部左侧和第二滚动轴承 56 的顶部右侧。
驱动端部分 26 还在两个不同接触区域与导向环 54 接触。这些接触区域相对于导 向环 54 的中心点对称分布。在图 6 中， 传动轴 22 与导向环 54 的接触区域位于导向环 54 的底部左侧和顶部右侧。
最后， 驱动端部分 26 在相对于传动轴线的径向侧抵靠刚性环 58， 所述径向侧与抵 靠第二滚动轴承 56 和导向环 54 的连接侧部分的区域相同 ( 图 6 中的顶部侧 )。
从图 7 可以看出， 断裂之后， 传动轴 22 仍然与滚动轴承 56 和导向环 54 接触。传 动轴 22 不再与刚性环 58 接触。传动轴 22 与滚动轴承 56 和导向环 54 的接触区域与断裂 期间的接触区域相似。但是， 由传动轴 22 引起的弹性支撑环 76 的形变程度较为不明显。
如前文所述， 在驱动端部分 26 和导向环 54 之间产生的很大的摩擦力使环 54 的温 度升高， 这使热量传递到了压缩环 66。
在热量的影响下， 环 66 变得可以延展并允许导向环 54 在弹性填充机构 64 的影响 下膨胀。
因此， 导向环 54 膨胀至其大内径的膨胀状态。 一旦导向环 54 处于其膨胀状态， 则滚动轴承 56 的内径小于导向环 54 的内径， 因 此， 滚动轴承 56 引导轴 22 绕轴线 A 转动并沿轴线 A 平移。如图 9 所示， 在导向环 54 达到 其膨胀状态之后， 驱动端部分 26 仅与引导传动轴转动和平移的滚动轴承 56 相接触。接触 区域位于相对于传动轴径向相对的位置上。如图 9 所示， 弹性支撑环 76 吸收径向应力。在 导向环 54 达到其膨胀状态之后， 驱动端部分 26 不再接触导向环 54 和刚性环 58。
因此， 根据本发明的传动组件 2 具有如下优点 ： 相对容易地构建， 以及使铁路车辆 在可断开部分 30 断裂之后能继续以至少 330km/h 的速度行驶至少 5000km 的距离。
因此， 根据本发明的传动组件 2 允许铁路车辆 4 在即使发生故障的情况下仍能维 持其商业运行速度。
此外， 根据本发明的传动组件 2 是简单的。所述传动组件易于装配， 并且成本较低 和重量较轻。
在维修操作期间， 操作员仅需要更换导向套 46 和传动轴 22， 这使维修操作更容易 进行。
此外， 导向套 46 在连接外壳 44 上的可拆除安装允许连接模块 24 的模块化设计。
轴承 56 在环 54 的两侧的分布进一步确保传动轴 22 的驱动端部分 26 有效地维持 在弯曲负荷下。
本发明还适用于其它机动车辆， 例如载重汽车。