地鐵車輛聯軸節及齒輪箱技術研究
【摘 要】 本文通過對上海一號線和二號線地鐵車輛中聯軸節及齒輪箱結構和功能的比較，為將來我國城市軌道交通車輛聯軸節及齒輪箱部件的國產化設計提出合理化建議。
【關鍵詞】 聯軸節 齒輪箱
國內鐵路車輛轉向架都是靠內燃機車頭提供動力，車廂都為拖車。所以國內設計人員在設計轉向架時就沒有涉及聯軸節的問題。但隨著我國城市建設的快速發展，許多城市提出要進行地鐵建設以改善日益嚴重的城市交通問題。而一直靠進口外國地鐵車輛，成本非常昂貴。提高城市軌道的國產化將是我們的必由之路。
首先，讓我們來了解一下聯軸節和齒輪箱在地鐵車輛轉向架上的布置。目前上海地鐵車輛為6節編組，頭尾兩節拖車不提供動力，提供列車動力的是中間的4節動車。這4節動車的轉向架布置如圖1(圖為上海二號線動車半個轉向架俯視圖)。傳動原理為電動機(1)得電，電機轉動，帶動聯軸節轉動，聯軸節再帶動齒輪箱(2)中的齒輪轉動，齒輪帶動輪對轉動，從而完成動力傳動。
其次，讓我們了解一下何謂聯軸節。聯軸節的英文是coupling，意思是聯結、接合、耦合。所以顧名思義，聯軸節就是牽引電機和齒輪箱之間的連接機構。也許有人要問不要聯軸節，直接連接牽引電動機和齒輪箱可不可以?答案是絕對不可以。因為當AW3狀態(即車輛滿載乘客狀態)時，車體狀態相對于空車狀態下沉，齒輪箱中心、聯軸節中心和牽引電機中心不在同一直線上。而在車輛運行時，連軸節、牽引電機和齒輪箱齒輪都要高速運轉。可以想像，如果沒有聯軸節的連接，電機和齒輪箱在不同平面直接鉸合轉動，其后果是非常可怕的。
下面我們來看看上海地鐵車輛關于聯軸節和齒輪箱的實際情況。
1 一號線聯軸節和齒輪箱介紹
一號線聯軸節是個橡膠元件(如圖2所示)。它由3大部分組成，分別是兩個橡膠元件（1）（2）和一個連接牽引電動機的法蘭盤。其內部是空心的，兩個橡膠元件分別由兩個傭鹼螺絲固定。定在牽引電機上，另一個固定在齒輪箱上。聯軸節兩端是通過花鍵連接在電機和齒輪箱上的。
1.1一號線聯軸節和齒輪箱設計初衷
一號線齒輪箱安裝結構如圖3所示。
由于一號線牽引電機采用的是DC電機(直流電機)，重量為1045kg，體積比較大，從而導致電機和軸箱之間間距很小，所以采用了適合狹小空間的橡膠聯軸節。目前，在世界各國都很少采用這款聯軸節，可以說幾乎不用。
1．2 一號線聯軸節和軸箱優點
適合齒輪箱和牽引電動機間距小的情況。不存在漏油現象，因為內部無需加油。
1．3 1號線聯軸節和齒輪箱缺點
月檢需要查看聯軸節兩磨合面的高度—一2．3mm(為了避免AW0(空車狀態)和AW3工況下產生過大的高度差，所以在AW0衛兄下調節一定的高度差)易損壞，牢度差。要用特殊工具測量，在調節尺寸時還要用撬棒作業。檢測環境很差。需要兩根拉桿固定，不但費材，而且給維修拆裝帶來很多麻煩。
2 二號線聯軸節和齒輪箱介紹
二號線聯軸節為剛性結構(如圖4)，在聯軸節兩部分連接處分別由兩片圓形金屬蓋板蓋住，蓋板周圍由密封橡膠圈密封，防止漏油。它與齒輪箱和電機連接方式采用過盈連接，這與上海地鐵一號線聯軸節的花鍵連接有所不同。
二號線齒輪箱結構如圖5所示。它的結構相對一號線齒輪箱要簡單，所以價格便宜一些。
2．1 二號線聯軸節和齒輪箱設計初衷
由于二號線牽引電動機采用的是AC電機(交流)，重量比一號線牽引電動機輕—半，體積要比號線的牽引電機小很多，所以給設計人員采用了剛性齒輪鉸合的聯軸節。
2．2 二號線聯軸節和齒輪箱優點
牢度大，不易磨損，安全系數高。
2．3 二號線聯軸節和齒輪箱缺點
“呼吸情況”造成油霧問題。(因為當輪對轉動時，產生大量熱量，所以齒輪箱內的油被齒輪攪成油霧并膨脹從小孔排出。而等列車晚上進庫后，齒輪箱冷卻，齒輪箱內空氣收縮，吸進外界冷空氣和灰塵，造成小孔周圍布滿油霧和灰塵的混合物)由于聯軸節內采用油潤滑，有時會造成漏油。而一旦齒輪箱油量不足，齒輪箱內齒輪在無油狀態下轉動，將很可能導致齒輪箱報廢，甚至脫軌。
維修不方便。 雖然這種齒輪箱設計成本相對一號線便宜。但是拆卸齒輪箱非常困難。若要把整個齒輪箱和聯軸節拆卸下來的活，需要用拉模和液壓泵。通常來說，拆一個齒輪箱和聯軸節需要3個小時。所以二號線這種齒輪箱的設計存在著一定的問題。作為一個維修人員，我希望國內的設計人員在設計時要把工人工作成本，也考慮在設計范圍內，而且要引起一定的重視。按照德國西門子公司的計算方法，每個工人每小時的整改工作公司需要支付35元人民幣。讓我們來假設二號線聯軸節需要整改某個項目：目前二號線擁有24輛列車，每列車16個聯軸節，總共是16x24=384個。每個聯軸節裝卸需要6h，再加上整改1h，一個聯軸節的整改項目需要花掉公司384x7x 35=94080元人民幣。這些還不包括中間所需工具零件和一些資源消耗。倘若聯軸節的裝卸只需2刊、時，那么就可以節約將近2／3的錢。從上可以看出，產品裝卸是否方便對于使用廠家可以產生直接的經濟效益。
3 上海地鐵一、二號線對比
鑒于上海地鐵一、二號線的優、缺點比較，我們可以在設計同類產品時注意以下幾個方面：
采用剛性聯軸節，避免用橡膠元件，這樣更加安全可靠。
齒輪箱結構采用一號線齒輪箱結構，方便安裝。在齒輪箱危險液面位置可以在箱體表面裝一個小鏡面，這樣方便工人檢查時觀察液面，及時加油。
4 結束語
以上就是上海地鐵車輛聯軸節和齒輪箱情況，希望能給廣大從事車輛技術的工作者們擴展一下思
提供一些幫助，爭取早日實現地鐵聯軸節部件的國產化，填補目前國內這—領域的空白。
