CRH3型动车组联轴器简介
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CRH3型动车组联轴器简介
发布时间：2021-05-18T02:57:22.677Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第2期 作者： 苏军军 庞小红 马志颖[导读] 属于动车组驱动系统的关键部件，因而联轴器的检修与安装质量显得愈发重要。
中东唐山机车车辆有限公司
摘要：随着我国高速动车组技术的快速发展，高速列车已经成为人们出行的首选交通工具之一。而高速列车的进一步提速，对驱动系统的性能提出了更高的要求。作为高速列车驱动系统的关键部件，联轴器的检修与安装是保障动车组正常安全运行，满足列车设计要求的重要环节。
本文首先介绍了CRH3型动车组采用的鼓形齿联轴器的工作原理及结构，针对唐山公司使用的不同供应商、不同型式的鼓形齿联轴器，阐述了对应的常见故障及检修流程，然后介绍了联轴器的安装过程，最后提出了关于联轴器检修与安装发展的展望。
关键字：CRH3型动车组；联轴器；检修
第1章 绪论
联轴器的主要作用是将牵引电机的扭矩有效地传递到齿轮箱，并且能适应牵引电机输出轴与齿轮箱之间产生较大的轴向、径向与向跳动的复杂环境，属于动车组驱动系统的关键部件，因而联轴器的检修与安装质量显得愈发重要。
联轴器的种类包括刚性联轴器、挠性联轴器与安全联轴器。各种联轴器在传动系统中的功能和作用不尽相同，但共同的基本功能为连接两轴、传递转矩和转速。在铁路行业，国外较早投入应用挠性联轴器类中的鼓形齿联轴器。联轴器的型式选择受到驱动变位要求、轴向空间要求、运行安全要求、降噪性能要求等多种因素的影响，在各类联轴器中，鼓形齿联轴器结构紧凑，体积小，质量轻，可靠性高，有技术基础，所以在动车组驱动系统联轴器的选型中备受青睐。CRH3型动车组的动力转向架均采用鼓形齿联轴器。
第2章 联轴器工作原理及结构
鼓形齿联轴器是一种挠性联轴器，具有两轴线间的径向、轴向和角向位移补偿能力。与其他形式的挠性联轴器相比，鼓形齿联轴器具有结构紧凑、回转半径小、承载能力大、传动效率高、噪声低及维修周期长等优点。鼓形齿联轴器的基本结构是由齿数相同的内齿圈、带外齿的半联轴和密封部件等零件组成，部分鼓形齿联轴器还装有有弹性元件。鼓形齿联轴器的内齿圈齿形为直齿，而外齿齿形为鼓形，这也是该联轴器名称的由来。
2.1 联轴器工作原理
鼓形齿联轴器利用了内外齿圈联结牵引电机输出轴与齿轮箱输入轴，从而允许两个被联接轴之间产生一定的径向位移和轴向夹角。
由于鼓形外齿的齿顶为球面，两齿的齿侧间隙较一般齿轮大，因此可实现大的角位移及径向位移。同时也可改善两齿的接触条件，提高传递扭矩的能力，此外，产生轴向位移时，内外齿圈的啮合仍然能够实现，因此被联接轴的轴向位移也能够被鼓形齿联轴器补偿。
鼓形齿的位移补偿能力由鼓形齿与直齿的啮合特性实现。在两个被联接轴不产生相对位移或仅有轴向位移时，鼓形齿的啮合与普通齿轮的内啮合相同；当产生角位移或径向位移时，内外齿轴线将产生倾角ω。在有轴间倾角的情况下，鼓形齿与内齿圈的相对运动可分为摆动和翻转运动。内外齿在啮合的半周期中经历纯摆动-复合运动-纯翻转-复合运动-纯摆动的循环运动过程。
由鼓形齿联轴器的原理可知，鼓形齿联轴器主要有以下优点[7]：
（1）承载能力强
当内外齿的啮合保持在一定的条件范围之内时，鼓形齿联轴器的承载能力会比直齿式联轴器有所提高，因此整体来说，它的承载能力较强。
（2）角位移补偿量大
因为外齿是鼓形，这样联轴器在进行具体工作的时候就能够避免内外齿棱角的接触，并且可以允许两轴的轴线角位移误差保持在±1.5°的范围之内。因此鼓形齿联轴器有着较大的角位移补偿量，即使在角位移保持在2°～3°的情况下，也可以进行可靠的工作。
（3）密封性好，使用可靠 鼓形齿联轴器需要有较好的密封性以保证其工作环境，因此使用起来比较可靠，在装卸和维护时较为便利。
（4）维修周期长
鼓形齿面能够改善内外齿的接触情况，减少应力集中的弊端，同时还能对齿面摩擦、磨损等问题进行改善，不仅能够降低运行噪声，同时还能增强使用寿命，延长维护周期。
2.2 联轴器结构组成
目前CRH3型动车组采用的鼓形齿联轴器来源于德国弗兰德公司与KWD公司两个供应商，根据润滑形式又可分为油润滑联轴器及脂润滑联轴器。
2.2.1 KWD油润滑联轴器
CRH3型动车组采用的KWD油润滑联轴器型号为ZK 177-3.2/3.4，两种型号主要用于区分不同供应商的齿轮箱，结构尺寸完全相同。下文以ZK 177-3.2为例进行说明，具体结构主要由内齿圈组件、两侧鼓形齿、止挡环、中心板、各型号O型圈、鼓形齿连接螺钉、油堵及密封圈、滑移衬套、轴端压板、压板螺栓、止转销以及两个半联轴器的连接螺栓组成。
该类联轴器的牵引扭矩传递路线为：电机轴-电机侧鼓形齿-电机侧内齿圈-两个半联轴器连接螺栓-齿轮箱侧内齿圈-齿轮箱侧鼓形齿-齿轮轴，制动扭矩的传递方向则相反。此外，联轴器的其他零部件则起到密封、安全、润滑油路导通等作用。
其中，主要零部件的作用如下：内齿圈与波纹管连接处及法兰面处、鼓形齿处及中心板处的O型圈用于联轴器的密封，防止润滑油泄漏，且通过波纹管弹性变形实现联轴器各种变位情况下的静密封。滑移衬套实现联轴器的安全连接，当扭矩超过滑移扭矩时，滑移衬套将与电机侧内齿圈产生相对运动，使传递的转矩保持限定值，以保护重要零部件不致损坏。止挡环与波纹管限制两侧鼓形齿能够产生的最大变位，防止联轴器零部件的损坏。中心板用于联轴器两侧分开时的防护。润滑油由注油孔或中心板孔注入联轴器中，通过止挡环及鼓形齿、轴端压板、中心板的孔实现联轴器充分的润滑。
2.2.2 KWD脂润滑联轴器
CRH3型动车组采用的KWD脂润滑联轴器型号为ZK177-R7/R8-BE，两种联轴器在轴端压板处孔分布情况及注油堵数量存在差异。下文以ZK177-R8-BE为例进行说明。由于ZK177-3.2型油润滑联轴器和ZK177-R8-BE型脂润滑联轴器所有接口（鼓形齿形状、内齿圈形状、止挡形状等完全相同，不再重复介绍。但因为油润滑与脂润滑联轴器润滑方式不同，为保证润滑充分有效，两种联轴器的部分结构设计不同。两种联轴器的差别主要在于：
（1）油润滑联轴器的鼓形齿的轮齿部位与轮毂连接筋板处没有孔（旧版）；脂润滑联轴器的鼓形齿的轮齿部位与轮毂连接筋板处设计有圆周均匀分布的孔；作用是联轴器高速旋转时，使得润滑脂能流回轮齿部位。改进后的两种联轴器已无此差异。
（2）油润滑联轴器的零件形状简单，无斜面部分，油的流动性较好，运行时润滑油被甩向各处，使止挡充分润滑；脂润滑联轴器零件形状复杂，有斜面部分。脂润滑联轴器的润滑脂黏度大、流动性差，需要设计斜面，使得被甩出的润滑脂能够回到需要润滑的止挡部位。
2.2.3 弗兰德脂润滑联轴器
CRH3型动车组采用的弗兰德脂润滑联轴器型号为ZBG 240。该型号联轴器与KWD联轴器虽同属鼓形齿联轴器，但结构差异较大。主要差异在于两个半联轴器的连接方式、密封方式不同。
参考文献
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[2] 文斌.联轴器设计选用手册[M].北京:机械工业出版社,2008:59.
[3] 谢磊．简述一种适用于城轨车辆的新型弹性联轴器[J]．科学与信息化，2020（10）：112-113．
[4] GB/T 3931-2010,；联轴器 术语[S]
[5] 石明友．高速列车联轴器开发与研究[D]．镇江：江苏科技大学，2012．
[6] 王海霞,梁莉,张磊,党继锋．鼓形齿联轴器鼓形齿设计方法的研究[J]．洛阳理工学院学报（自然科学版），2013（3）：49-54．
[7]邵国喜．鼓形齿式联轴器故障分析与维护对策[J]．机械化工，2019（7）：112-113．
