ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХОДОВОЙ ЧАСТИ
DRIVE DEVICE FOR CHASSIS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к приводному устройству для колесного блока ходовой части, в частности для рельсового транспортного средства, содержащего колесный блок, задающий осевое направление и радиальное направление, первое устройство передачи крутящего момента и второе устройство передачи крутящего момента. Первое устройство передачи крутящего момента торсионно жестко присоединено к колесному блоку, а второе устройство передачи крутящего момента торсионно жестко присоединено к первому устройству передачи крутящего момента с использованием соединительного устройства, так что получается устройство по существу коаксиальное осевому направлению. Колесный блок содержит концевой участок колесного блока, выступающий вдоль оси колеса в отверстие во втором устройстве передачи крутящего момента. Настоящее изобретение также относится к ходовой части, содержащей такое приводное устройство, а также к способу сборки такого приводного устройства.
Уровень техники
Такое приводное устройство известно, например, из документа ЕР 0943519 А2 (полное содержимое которого включено в этот документ посредством ссылки), где второе устройство передачи крутящего момента, образованное полым элементом сложной формы, плотно посажено на гнездо соответствующей формы, выполненное на концевом участке колесного блока. Осевое контактное усилие между первым и вторым устройством передачи крутящего момента обеспечивают посредством резьбового элемента, выступающего вдоль оси через упомянутое второе устройство передачи крутящего момента за пределы упора для гайки, которую навинчивают на резьбовой элемент. Когда гайку затягивают на упоре вдоль оси, зубчатые части первого и второго устройств передачи крутящего момента прижимаются друг к другу, чтобы обеспечить торсионно жесткое соединение. Эта конфигурация обладает преимуществом, которое заключается в том, что место, где создают усилие для соединения первого и второго устройств передачи крутящего момента, отличается от места, в котором передают крутящий момент между первым и вторым устройствами передачи крутящего момента. Следовательно, можно легко выполнить демонтаж приводного устройства.
Тем не менее, эта известная конструкция обладает недостатком, который заключается в том, что в случае неисправности резьбового соединения второе устройство передачи крутящего момента освобождается и с большой вероятностью может повредить смежные поверхности концевого участка колесного блока. Как следствие, пришлось бы выполнять масштабные ремонтные работы для обоих компонентов.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить приводное устройство, ходовую часть и способ установки приводного устройства, как описано выше, которые не имеют недостатков, описанных выше, или, по меньшей мере, обладают ими в меньшей степени, и которые, в частности, простым способом обеспечивают защиту от обширного повреждения задействованных компонентов в случае неисправности их соединения.
Вышеуказанные цели достигают, исходя из приводного устройства в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения, посредством признаков, характеризующих часть пункта 1.
Настоящее изобретение основано на технической идее, заключающейся в том, что можно получить простую защиту от повреждения задействованных компонентов в случае неисправности их соединения, если между концевым участком колесного блока и вторым устройством передачи крутящего момента разместить защитный элемент. Было установлено, что между вторым устройством передачи крутящего момента и концевым участком колесного блока можно сделать доступным достаточное пространство, чтобы разместить такой защитный элемент, обладающий достаточной величиной допустимой нагрузки, чтобы постоянно защищать второе устройство передачи крутящего момента и концевой участок колесного блока от неконтролируемого контакта друг с другом, при этом не разрушившись. Следовательно, очень можно просто выполнить буферный и разделительный элемент, который в случае неисправности предотвращает повреждение задействованного компонента, в частности, механически обработанные обычным образом поверхности этих компонентов. Следовательно, в случае неисправности соединения, если это произойдет, необходимо заменить только защитный компонент, в то время как все другие компоненты можно использовать повторно. Это существенно сокращает объем необходимых ремонтных работ в случае такой неисправности.
Следовательно, в соответствии с аспектом, настоящее изобретение относится к приводному устройству для колесного блока ходовой части, в частности для рельсового транспортного средства, содержащего колесный блок, задающий осевое направление и радиальное направление, первое устройство передачи крутящего момента и второе устройство передачи крутящего момента. Первое устройство передачи крутящего момента торсионно жестко присоединено к колесному блоку, в то время как второе устройство передачи крутящего момента торсионно жестко присоединено к первому устройству передачи крутящего момента с использованием соединительного устройства, так что получается устройство по существу коаксиальное осевому направлению. Колесный блок содержит концевой участок колесного блока, выступающий вдоль оси колеса в отверстие во втором устройстве передачи крутящего момента. Защитный блок расположен между концевым участком колесного блока и вторым устройством передачи крутящего момента, при этом защитный блок сконфигурирован так, чтобы защищать концевой участок колесного блока от повреждения вторым устройством передачи крутящего момента в случае неисправности соединительного устройства.
Чтобы дать возможность должным образом просто разместить эффективный защитный блок, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения между концевым участком колесного блока и вторым устройством передачи крутящего момента выполнен радиальный зазор, при этом защитный блок в радиальном направлении, по меньшей мере, частично заполняет радиальный зазор. В дополнение или в качестве альтернативы, защитный блок в осевом направлении может, по меньшей мере, частично заполнять радиальный зазор. В обоих случаях может быть предпочтительным заполнить зазор по существу полностью, чтобы ограничить относительное смещение между потенциально сталкивающимися элементами (т.е. вторым устройством передачи крутящего момента и концевым участком колесного блока) в случае неисправности и, следовательно, чтобы обеспечить надежную защиту от повреждения.
Понятно, что расположение защитного блока может быть ограничено одним или несколькими, в конечном счете, пространственно разделенными местами, в которых в случае неисправности соединительного устройства можно ожидать столкновения потенциально сталкивающихся элементов. Другими словами, в местах, где не ожидается взаимного столкновения, радиальный зазор может быть пустым. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления изобретения защитный блок может быть выполнен из двух или нескольких физически отдельных, в конечном счете, пространственно разделенных (в осевом и/или радиальном направлении) компонентов.
Тем не менее, в некоторых вариантах изобретения, чтобы обеспечить надежную защиту в любых условиях, в качестве защитного блока большего размера может использоваться только один компонент или контактирующие друг с другом компоненты. В частности, можно использовать радиально многослойные компоненты, при этом различные слои, в конечном счете, приспособлены для того, чтобы обеспечить различные функции, как, например, поверхностные слои, обеспечивающие оптимизированные свойства контакта смежных потенциально сталкивающихся элементов (напр., предотвращая контактную коррозию и т.д.) и/или внутренние слои, обеспечивающие хорошие демпфирующие свойства и т.д. В вариантах, с которыми очень просто иметь дело, защитный блок представляет собой монолитный компонент.
Понятно, что, в основном, можно выбрать любой подходящий размер защитного блока, в частности, как функцию размера и расположения областей возможного контакта потенциально сталкивающихся элементов. Обычно, в осевом направлении радиальный зазор имеет длину зазора, а защитный блок имеет длину защитного блока. Предпочтительно, чтобы длина защитного блока составляла от 40% до 100%, предпочтительно от 50% до 90%, более предпочтительно от 70% до 85% длины зазора, чтобы обеспечить особенно надежную защиту в любых условиях.
Более того, обычно, в радиальном направлении радиальный зазор имеет ширину зазора, а концевой участок колесного блока в области радиального зазора имеет максимальный диаметр концевого участка. Предпочтительно, чтобы ширина зазора составляла от 5% до 20%, предпочтительно от 7,5% до 17,5%, более предпочтительно от 10% до 15% от максимального диаметра концевого участка. Такая конфигурация позволяет разместить особенно подходящие защитные блоки, обладающие достаточной поглощающей способностью, чтобы принимать (предпочтительно, по меньшей мере, частично упруго и/или на более длительный период) нагрузки, действующие между потенциально сталкивающимися элементами в случае неисправности их соединения.
Понятно, что защитный блок при невредимом состоянии соединения между потенциально сталкивающимися элементами не обязательно должен контактировать с обоими потенциально сталкивающимися элементами. Может быть достаточно физического контакта только с одним из потенциально сталкивающихся элементов. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления изобретения защитный блок контактирует с концевым участком колесного блока посредством внутренней контактной поверхности и/или контактирует со вторым устройством передачи крутящего момента посредством внешней контактной поверхности. Предпочтительно, чтобы была выполнена переходная посадка, по меньшей мере, на одной из поверхностей: внутренней контактной поверхности или внешней контактной поверхности, так что возможна сравнительно простая конструкция, в то же время, обеспечивающая достаточно устойчивое расположение защитного блока.
В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения защитный блок контактирует с концевым участком колесного блока, предпочтительно, через прессовую посадку (для заданного позиционирования) на внутренней контактной поверхности, в то время как между внешней контактной поверхностью защитного блока и вторым устройством передачи крутящего момента выполнен радиальный зазор (радиальный зазор может быть от 0,5 мм до 3 мм, предпочтительно от 1 мм до 2 мм). Аналогично, в других предпочтительных вариантах осуществления изобретения защитный блок контактирует со вторым устройством передачи крутящего момента, предпочтительно, через прессовую посадку (для заданного расположения) на внешней контактной поверхности, в то время как между внутренней контактной поверхностью защитного блока и концевым участком колесного блока выполнен радиальный зазор (радиальный зазор может быть от 0,5 мм до 3 мм, предпочтительно от 1 мм до 2 мм).
Обычно, в осевом направлении радиальный зазор имеет длину зазора, внутренняя контактная поверхность имеет длину внутренней контактной поверхности, а внешняя контактная поверхность имеет длину внешней контактной поверхности. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, длина внутренней контактной поверхности или длина внешней контактной поверхности составляла от 30% до 100%, предпочтительно от 50% до 90%, более предпочтительно от 70% до 85% от длины радиального зазора, так что получают сравнительно большую контактную поверхность.
Понятно, что соответствующая контактная поверхность не обязательно должна представлять собой непрерывную поверхность. Наоборот, смежные участки контактной поверхности могут быть разделены областями, в которых не существует такого контакта между защитным блоком и смежным компонентом.
Защитный блок может быть выполнен из любого материала, подходящего для того, чтобы принять ударные нагрузки в случае неисправности соединения. Предпочтительно, чтобы материал подходил для распределения локальных нагрузок, оказываемых на него одним из потенциально сталкивающихся элементов, до такой степени, что нагрузки, передаваемые другому сталкивающемуся элементу, не превосходили значения, приводящего к его повреждению.
Предпочтительно, чтобы защитный блок был выполнен из пластикового материала, благодаря его свойствам поглощения энергии и демпфирования соответственно. Более предпочтительно, чтобы пластиковый материал представлял собой одно из следующего: резиновый материал, полиамидный (РА) материал, полиэтиленовый (РЕ) материал или полиуретановый (PUR) материал. Они обеспечивают особенно подходящие свойства. Более того, по меньшей мере, некоторые из этих материалов демонстрируют хорошие свойства скольжения. Это дает преимущество, которое заключается в том, что сокращается повреждение или износ из-за трения между потенциально сталкивающимися элементами в случае неисправности.
Защитный блок может представлять собой простую полую втулку, вставленную между потенциально сталкивающимися элементами. Обычно, концевой участок колесного блока имеет осевую торцевую поверхность, направленную в осевом направлении от колесного блока. Предпочтительно, чтобы защитный блок имел радиальный кольцевой участок, покрывающий часть осевой торцевой поверхности. Этот радиальный кольцевой участок может служить в качестве осевой точки отсчета для расположения защитного блока. Предпочтительно, чтобы защитный блок был соединен с концевым участком колесного блока через радиальный кольцевой участок, так что простым способом получают высокую устойчивость расположения компонентов.
Торсионно жесткое соединение между первым устройством передачи крутящего момента и вторым устройством передачи крутящего момента можно получить посредством любого подходящего средства. В преимущественных вариантах изобретения первое устройство передачи крутящего момента соединено со вторым устройством передачи крутящего момента посредством резьбового соединения между вторым устройством передачи крутящего момента и концевым участком колесного блока. Резьбовое соединение содержит, по меньшей мере, один резьбовой элемент, причем резьбовой элемент расположен в осевом направлении и взаимодействует с концевым участком колесного блока. Предпочтительно, чтобы торсионно жесткое соединение между первым устройством передачи крутящего момента и вторым устройством передачи крутящего момента обеспечивалось с помощью осевых зубцов, расположенных на участках взаимного контакта этих компонентов.
Понятно, что можно использовать несколько таких резьбовых элементов. В особенно простых и легких в изготовлении вариантах изобретения используют один единственный резьбовой элемент.
Обычно, резьбовой элемент в осевом направлении имеет эффективную длину, а в радиальном направлении - номинальный диаметр резьбы. Следует отметить, что в смысле настоящего изобретения, эффективная длина означает часть резьбового элемента, которая служит для передачи нагрузок соединения при функционировании. Предпочтительно, чтобы эффективная длина составляла от 500% до 900%, предпочтительно от 550% до 850%, более предпочтительно от 650% до 750% от номинального диаметра резьбы. Посредством этого получают сравнительно податливую конструкцию, которая способна обеспечить достаточное относительное удлинение при растяжении под нагрузкой без повреждения.
Резьбовой элемент может быть любого подходящего типа. Например, это может быть полностью резьбовой элемент. Тем не менее, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения, демонстрирующих особенно предпочтительное поведение под нагрузкой, резьбовой элемент содержит внутренний резьбовой конец и внешний резьбовой конец, и утонченный участок корпуса без резьбы, расположенный между внутренним резьбовым концом и внешним резьбовым концом. Размеры различных участков могут быть выбраны такими, какие нужны. Предпочтительно, чтобы длины резьбовых концевых участков выбирали так, чтобы они по существу полностью (на эффективную длину резьбового элемента) сцеплялись со своими взаимодействующими резьбовыми частями.
Особенно подходящие решения получают, если резьбовой элемент в осевом направлении имеет суммарную длину резьбового элемента и, по меньшей мере, одно из следующего: внутренний резьбовой конец или внешний резьбовой конец, в осевом направлении имеет длину резьбы, причем длина резьбы составляет от 10% до 35%, предпочтительно от 10% до 30%, более предпочтительно от 15% до 25% от суммарной длины резьбового элемента. В некоторых вариантах осуществления, допускающих особенно предпочтительный способ сборки приводного устройства (как будет более подробно объяснено ниже), длина резьбы внешнего резьбового конца больше, чем длина резьбы внутреннего резьбового конца, так что внешний резьбовой конец обеспечивает сопряжение для натягивающего инструмента или подобного.
В дополнение или в качестве альтернативы, утонченный участок в осевом направлении может иметь длину утонченного участка, при этом длина утонченного участка составляет от 25% до 55%, предпочтительно от 30% до 50%, более предпочтительно от 35% до 45% от суммарной длины резьбового элемента. Такой сравнительно длинный утонченный участок (благодаря конструкции утонченного участка без выемки) дает выгодную сравнительно податливую конструкцию, которая способна обеспечить достаточное относительное удлинение при растяжении под нагрузкой без повреждения.
Понятно, что резьбовой элемент может быть сконструирован в виде винта с резьбовым внутренним концевым участком (ввинчиваемого в концевой участок колесного блока) и с внешним концевым участком, на котором имеется головка винта, примыкающая к соответствующему упору на втором устройстве передачи крутящего момента. Предпочтительно, чтобы резьбовое соединение содержало гайку, причем гайка взаимодействует с внешним резьбовым концом резьбового элемента и упором второго устройства передачи тягового усилия, так как такое устройство обеспечивает больше гибкости при затягивании соединения.
Предпочтительно, чтобы граничная часть внешнего резьбового конца в осевом направлении выступала за пределы гайки со стороны гайки, направленной от колесного блока. Граничная часть в осевом направлении предпочтительно имеет длину граничной части, которая является достаточной для того, чтобы соединить резьбовой элемент с натягивающим инструментом для прикладывания предварительного напряжения натяжения на резьбовой элемент, тем самым упрощая отдельный способ установки компонентов, как будет более подробно описано ниже.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения второе устройство передачи крутящего момента образует внешнее отверстие, в которое входит гайка и граничная часть резьбового соединения, тем самым обеспечивая защиту этих важных компонентов от повреждения. Более предпочтительно, чтобы внешнее отверстие было закрыто элементом крышки, предотвращающим свободный доступ к гайке.
В некоторых вариантах осуществления изобретения в концевом участке колесного блока имеется осевая выемка, причем осевая выемка проходит в осевом направлении и является открытой в сторону свободного конца концевого участка колесного блока. В осевую выемку входит часть соединения, соединяющего второе устройство передачи крутящего момента с концевым участком колесного блока. Более точно, в осевую выемку входит часть соединения, при этом в радиальном направлении имеется радиальный люфт. Благодаря этому люфту можно получить очень компактную конструкцию с достаточно длинным свободным участком соединения, которая, благодаря радиальному люфту, по существу находится под действием исключительно растягивающего напряжения. Это также дает выгодную сравнительно податливую конструкцию, которая способна обеспечить достаточное относительное удлинение при растяжении под нагрузкой без повреждения.
Предпочтительно, чтобы внутренний конец, в частности, и внутренний резьбовой конец части соединения (входящего в осевую выемку), был соединен с концевым участком колесного блока в области внутренней стенки, ограничивающей в осевом направлении выемку на внутреннем конце выемки.
Особенно полезные конфигурации, образующие подходящие длинные свободные концы (как описано выше), получают, когда концевой участок колесного блока в области защитного элемента имеет максимальный диаметр концевого участка, а осевая выемка в осевом направлении имеет длину осевой выемки, причем длина осевой выемки составляет от 80% до 140%, предпочтительно от 90% до 130%, более предпочтительно от 100% до 120% от суммарной длины резьбового элемента.
Понятно, что настоящее изобретение можно использовать в контексте произвольных конструкций колесного блока. Следовательно, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения концевой участок колесного блока образован валом колесного блока. В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения концевой участок колесного блока образован ступицей колеса колесного блока.
Настоящее изобретение также относится к ходовой части, в частности, для рельсового транспортного средства, содержащей колесный блок и приводной блок, при этом колесный блок приводят в действие посредством приводного блока через приводное устройство в соответствии с настоящим изобретением. При таких вариантах осуществления ходовой части можно в такой же степени реализовать преимущества, описанные выше в контексте приводного устройства. Следовательно, можно сослаться на приведенные выше объяснения.
Настоящее изобретение также относится к способу сборки приводного устройства в соответствии с изобретением. В соответствии с этим способом, на первом этапе сборки внутренний резьбовой конец резьбового элемента ввинчивают в концевой участок колесного блока. Более того, первое устройство передачи крутящего момента и второе устройство передачи крутящего момента вводят в контакт, так что защитный блок располагается между вторым устройством передачи крутящего момента и концевым участком колесного блока. Более того, расположение компонентов является таким, что внешний резьбовой конец резьбового элемента в осевом направлении выступает за пределы упора второго устройства передачи крутящего момента, направленного от концевого участка колесного блока. Более того, на первом этапе гайку навинчивают на внешний резьбовой конец так, чтобы граничная часть внешнего резьбового конца в осевом направлении выступала за пределы гайки со стороны гайки, направленной от колесного блока. Понятно, что все подэтапы первого этапа сборки могут быть выполнены в произвольной последовательности.
Затем, на втором этапе сборки, затягивающий инструмент соединяют с граничной частью и используют для прикладывания в осевом направлении заданного предварительного напряжения натяжения на резьбовой элемент, тем самым удлиняя в осевом направлении резьбовой элемент на заданную величину.
Затем, на третьем этапе сборки гайку продвигают дальше по внешнему резьбовому концу и приводят в контакт с упором второго устройства передачи крутящего момента. Это можно выполнить просто вручную без какого-либо инструмента, так что между гайкой и смежным упором действуют только сравнительно малые силы контакта. В частности, по сравнению с обычным затягиванием резьбового соединения с использованием ключа или подобного, между гайкой и смежным упором не возникает ощутимого или пагубного трения. Это особенно выгодно для сохранения конечных покрытий (таких как антикоррозионные покрытия и т.д.) компонентов от повреждения.
Наконец, на четвертом этапе сборки натягивающий инструмент освобождают (тем самым сокращая осевую длину резьбового элемента), чтобы прижать гайку к упору с использованием силы натяжения, создаваемой резьбовым элементом, тем самым жестко соединяя первое устройство передачи крутящего момента со вторым устройством передачи крутящего момента. Такой способ обладает значительным преимуществом, заключающимся в том, что задействованные компоненты подвергают исключительно строго определенному предварительному напряжению натяжения или сжатия, предотвращая при этом напряжения кручения.
Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания предпочтительных вариантов осуществления, которое приведено со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид сбоку части предпочтительного варианта осуществления рельсового транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением с предпочтительным вариантом осуществления ходовой части в соответствии с настоящим изобретением, содержащей предпочтительный вариант осуществления приводного устройства.
На фиг. 2 приведен схематический вид в разрезе колесного блока ходовой части, показанной на фиг. 1, вдоль прямой II-II, показанной на фиг. 1.
На фиг. 3 приведен схематический вид в разрезе дополнительного защитного элемента, который может быть использован в ходовой части, показанной на фиг. 1.
На фиг. 4 приведен схематический вид в разрезе дополнительного защитного элемента, который может быть использован в ходовой части, показанной на фиг. 1.
Осуществление изобретения
Теперь со ссылкой на фиг. 1 и 2 будет более подробно описан предпочтительный вариант осуществления рельсового транспортного средства 101 в соответствии с настоящим изобретением, содержащего предпочтительный вариант осуществления ходовой части 102 в соответствии с изобретением. Чтобы упростить данные ниже объяснения, на фигурах была введена координатная система xyz, в которой (на прямом, горизонтальном пути Τ) ось x обозначает продольное направление рельсового транспортного средства 101, ось y обозначает поперечное направление рельсового транспортного средство 101, а ось z обозначает направление по высоте рельсового транспортного средства 101 (то же самое, конечно, применимо к ходовой части 102). Понятно, что все утверждения, сделанные ниже касательно положения и ориентации компонентов рельсового транспортного средства, пока не сказано обратное, относятся к неподвижному состоянию, когда рельсовое транспортное средство 101 стоит на прямом горизонтальном пути при номинальной нагрузке.
Транспортное средство 101 представляет собой рельсовое транспортное средство с низким уровнем пола, такое как трамвай или подобное. Транспортное средство 101 содержит кузов вагона 101.1, поддерживаемый системой подвески на ходовой части 102. Ходовая часть 102 содержит два колесных блока в виде колесных пар 103, поддерживающих раму 104 ходовой части посредством первичного элемента 105 подвески. Рама 104 ходовой части поддерживает кузов вагона посредством вторичного элемента 106 подвески.
Каждая колесная пара 103 ходовой части 102 задает осевое направление и радиальное направление, причем в неподвижном состоянии осевое направление параллельно поперечному направлению (оси y), а радиальное направление лежит в плоскости, перпендикулярной поперечному направлению (т.е. в плоскости параллельной плоскости xz).
Каждую колесную пару 1-3 приводят в действие посредством приводного блока 107, установленного сбоку на раму 104 ходовой части. Каждый приводной блок содержит электродвигатель 107.1, соединенный с коробкой 107.2 передач, которая, в свою очередь, соединена с соответствующей колесной парой 103. Передача крутящего момента от приводного двигателя 107.1 на колесную пару 103 обеспечивается посредством предпочтительного варианта осуществления приводного устройства 108 в соответствии с настоящим изобретением.
Как видно на фиг. 2, приводное устройство 108 содержит концевой участок 103.1 колесного блока, при этом концевая часть 109.1 вала 109 колесного блока торсионно жестко соединена с колесом 110 колесного блока 103. Тем не менее, понятно, что в других вариантах осуществления изобретения может быть выбрано любое другое подходящее торсионно жесткое соединение.
Приводное устройство 108 дополнительно содержит первое устройство передачи крутящего момента в виде кольцеобразного элемента 111, который торсионно жестко соединен с колесом 110. В настоящем примере соединение выполнено посредством нескольких расположенных вдоль оси винтов, равномерно распределенных по периметру кольца 111. Тем не менее, понятно, что в других вариантах осуществления изобретения может быть выбрано любое другое подходящее торсионно жесткое соединение.
Приводное устройство 108 дополнительно содержит второе устройство передачи крутящего момента в виде полого элемента 112 вала. Полый элемент 112 вала торсионно жестко соединен с кольцом 111, так что торцевой участок 119.1 вала вдоль оси выступает во внутреннее отверстие 112.1 полого элемента 112 вала. Следовательно, образуется устройство, в котором концевой участок 103.1 колесного блока, кольцевой элемент 111 и полый элемент 112 вала по существу коаксиальны оси 103.2 вращения колесной пары 103 и осевому направлению соответственно.
Торсионно жесткое соединение между кольцевым элементом 111 и полым элементом 112 вала обеспечивается с помощью осевых зубцов 113, расположенных на поверхностях их контакта. Тем не менее, понятно, что в других вариантах осуществления изобретения может быть выбрано любое другое подходящее торсионно жесткое соединение.
Осевая контактная сила между элементом 112 вала и кольцевым элементом 111 создается резьбовым соединительным устройством 114, взаимодействующим с концевой частью 109.1 колесного вала и упором 112.2, выполненным на радиальной внутренней стенке 112.3 полого элемента 112 вала, как более подробно будет объяснено ниже.
Зубчатое колесо (не показано), образующее часть зубчатой передачи коробки 107.2 передач, установлено на внешний периметр полого элемента 112 вала, так что можно передавать крутящий момент двигателя 107.1 через зубчатую передачу коробки 107.2 передач, полый элемент 112 вала и элемент 111 на колесо 110 и вал 109 колесной пары 103. Корпус 107.3 коробки 107.2 передач опирается на полый элемент 112 вала посредством поворотных подшипников (только очень условно изображенных на фиг. 2 пунктирным контурами 117).
В случае неисправности соединительного устройства 114, не в последнюю очередь из-за значительного веса коробки 107.2 передач, полый элемент 112 вала (с коробкой 107.2 передач, установленной на нем), как известно из обычных конструкций, упал бы на концевую часть 109.1 вала, размещенную во внутреннем отверстии 112.1 полого элемента 112 вала. Такой удар может вызвать значительные повреждения обоих участников столкновения, т.е. торцевой части 109.1 вала и полого элемента 112 вала. В лучшем случае это может привести к значительному износу от трения. Тем не менее, обычно, скорее всего, два компонента будут контактировать под некоторым уклоном, что приведет к сильно локализовано сконцентрированным ударным нагрузкам, приводящим к локальному повреждению сталкивающихся элементов. В конечном счете, может даже возникнуть неконтролируемое относительное движение между двумя сталкивающимися элементами с множеством следующих друг за другом столкновений, еще больше усугубляющих повреждение.
Чтобы предотвратить такой сценарий, в соответствии с настоящим изобретением защитный блок в виде цилиндрической защитной втулки 115 располагают в радиальном зазоре 116, образованном между концевым участком 103.1 колесной пары и полым элементом 112 вала. Защитная втулка сконфигурирована так, чтобы защищать концевой участок 103.1 колесного блока, в частности, концевой участок 109.1 вала и полый элемент 112 вала в случае неисправности соединительного устройства 114.
Защитная втулка 115 образует буферный и разделительный элемент, который в случае такой неисправности соединительного устройства 114 предотвращает повреждение потенциально сталкивающихся элементов 103.1, 112. Следовательно, в случае неисправности соединительного устройства 114, если это произойдет, необходимо заменить только защитную втулку 115, в то время как все другие компоненты можно использовать повторно. Это существенно сокращает объем необходимых ремонтных работ в случае такой неисправности.
Как можно увидеть на фиг. 2, в радиальном направлении защитная втулка 115 вдоль своего осевого направления полностью заполняет радиальный зазор 116, так что защитная втулка 115 физически контактирует с концевым участком 109.1 вала на внутренней контактной поверхности 115.1 и физически контактирует с полым элементом 112 вала на внешней контактной поверхности 115.2. В настоящем примере на обеих контактных поверхностях 115.1 и 115.2 выполнена переходная посадка, так что возможна сравнительно простая конструкция, в то же время обеспечивающая достаточно устойчивое расположение защитной втулки 115. Тем не менее, понятно, что в других вариантах осуществления изобретения может быть выбран другой тип посадки (напр., свободная посадка или посадка прессованием), который требуется на любой из этих двух контактных поверхностях 115.1 и 115.2.
ICS
OCS
ICS
OCS
Защитная втулка 115 в настоящем примере представляет собой в целом полый цилиндрический компонент, в котором в осевом направлении длина L внутренней контактной поверхности 115.1 и длина L внешней контактной поверхности 115.2 по существу одинаковы (т.е. L=L). Тем не менее, понятно, что в других вариантах осуществления изобретения, напр., в ступенчатых в радиальном направлении конструкциях защитной втулки 115, эти размеры контактных поверхностей могут отличаться друг от друга.
G
ICS
OCS
RG
S
ICS
OCS
RG
В настоящем варианте осуществления в осевом направлении защитная втулка 115 заполняет большую часть радиального зазора 116. Более точно, в то время как радиальный зазор 116 имеет длину L зазора, длина L внутренней контактной поверхности и длина L внешней контактной поверхности составляют 80% от длины L радиального зазора, так что получают сравнительно большую контактную поверхность. Следовательно, другими словами, длина L, которая в данном случае соответствует длине внутренней и внешней контактной поверхности L и L, также составляет 80% от длины L радиального зазора. При такой конфигурации получают сравнительно большую защищенную область, что обеспечивает особенно надежную защиту от повреждений в любых условиях.
Понятно, что соответствующая контактная поверхность не обязательно должна представлять собой непрерывную поверхность. Наоборот, смежные участки контактной поверхности могут быть разделены областями, в которых не существует такого контакта, как показано, например, на фиг. 3. Более точно, на фиг. 3 схематично показана конструкция защитной втулки 215, которая заменяет защитную втулку 115 в варианте осуществления, показанном на фиг. 2.
Единственное отличие между защитной втулкой 215 и защитной втулкой 115 заключается в том, что защитная втулка 215 имеет ступенчатую в осевом и радиальном направлении внутреннюю контактную поверхность 215.1, а также ступенчатую в осевом и радиальном направлении внешнюю контактную поверхность 215.2, так что контакт между защитной втулкой 215 и концевым участком 109.1 вала и полым элементом 112 вала выполнен только на осевых концах защитной втулки 215 на смежных по периметру участках корпуса, разделенных осевыми пазами 215.4.
Понятно, что такие пространственно разделенные области контакта также могут быть выполнены только на внутренней контактной поверхности или на внешней контактной поверхности. Более того, одна или несколько областей контакта могут быть выполнены между осевыми концами защитной втулки 215, как указано пунктирным контуром 218.
RG
ES,max
ES,max
В настоящем примере в радиальном направлении радиальный зазор 116 имеет ширину W зазора, а концевой участок 103.1 колесного блока, более точно, концевая часть 109.1 вала, в области радиального зазора 116 имеет максимальный диаметр D концевого участка. Ширина зазора составляет 12,5% от максимального диаметра D концевого участка. Такая конфигурация позволяет разместить защитную втулку 115, которая обладает достаточной поглощающей способностью, чтобы принимать (предпочтительно, по меньшей мере, частично упруго и/или на более длительный период) нагрузки, действующие между потенциально сталкивающимися элементами 103.1 и 112 в случае неисправности соединительного устройства 114.
В настоящем примере защитная втулка 115 представляет собой монолитный компонент, выполненный из любого материала, подходящего для того, чтобы принять ударные нагрузки в случае неисправности соединения, осуществляемого посредством соединительного устройства 114. Более точно, материал подходит для распределения локальных нагрузок, оказываемых на него потенциально сталкивающимися элементами 103.1 и 112, до такой степени, что нагрузки, передаваемые соответствующему другому сталкивающемуся элементу 112 и 103.1, не превосходят значения, приводящего к его повреждению.
Защитная втулка 115 выполнена из пластикового материала, благодаря его свойствам поглощения энергии и демпфирования соответственно. Более точно, пластиковый материал представляет собой одно из следующего: резиновый материал, полиамидный (РА) материал, полиэтиленовый (РЕ) материал или полиуретановый (PUR) материал или усиленный волокном композитный материал. Они обеспечивают особенно подходящие свойства. Более того, по меньшей мере, некоторые из этих материалов демонстрируют хорошие свойства скольжения. Это дает преимущество, которое заключается в том, что сокращается повреждение или износ из-за трения между полым элементом 112 вала и концевым участком 109.1 вала в случае неисправности.
Понятно, что также могут быть использованы радиально многоуровневые компоненты, как это показано, например, на фиг. 4. Более точно, на фиг. 4 схематично показана конструкция защитной втулки 315, которая заменяет защитную втулку 115 в варианте осуществления, показанном на фиг. 2.
Как можно увидеть на фиг. 4, одно отличие между защитной втулкой 315 и защитной втулкой 115 заключается в том, что защитная втулка 315 состоит из трех слоев 319.1, 319.2 и 319.3, предназначенных для выполнения различных функций. Более конкретно, поверхностные слои 319.1 и 319.2 обеспечивают оптимизированные контактные свойства (напр., предотвращают контактную коррозию и т.д.) для смежного полого элемента 112 вала и концевого участка 109.1 вала соответственно. Внутренний слой 319.3 обеспечивает особенно хорошие демпфирующие свойства.
ICS
OCS
Еще одно отличие между защитной втулкой 315 и защитной втулкой 115 заключается в том, что защитная втулка 315 имеет концы конической формы, так что внутренняя контактная поверхность 315.2 меньше, чем внешняя контактная поверхность 315.1 (т.е. L<L). Такую конструкцию можно посоветовать для особых условий нагрузки, ожидаемых в случае неисправности соединительного устройства 114.
Обращаясь опять к фиг. 2, у защитной втулки 115 имеется радиальный кольцевой участок 115.3, покрывающий часть осевой торцевой поверхности 109.2 концевой части 109.1 вала, направленной вдоль оси от колесного блока 103. Этот радиальный кольцевой участок 115.3 может служить в качестве осевой точки отсчета для расположения защитной втулки 115. Более того, защитная втулка 115 прочно соединена с концевым участком 109.1 вала посредством радиального кольцевого участка 115.3 и нескольких винтов, так что простым способом получают высокую устойчивость расположения компонентов.
Как также можно увидеть на фиг. 2, соединительное устройство содержит резьбовой элемент в виде резьбового болта 114.1, расположенного в осевом направлении. Резьбовой болт 114.1 имеет внутренний резьбовой конец 114.2 и внешний резьбовой конец 114.3 и утонченный участок 114.4 корпуса без резьбы, расположенный между резьбовыми концами 114.1 и 114.2.
Внутренний резьбовой конец 114.2 полностью ввинчивают в соответствующее осевое резьбовое отверстие во внутренней стенке концевого участка 109.1 вала, которая (в осевом направлении) ограничивает внутренний конец осевого отверстия 109.3 вала, выполненного в концевом участке 109.1 вала. Утонченный участок 114.4 с радиальным люфтом входит в осевое отверстие 109.3 вала, образованное соответствующей осевой выемкой концевого участка 109.1 вала, открытой в сторону свободного конца концевого участка 109.1 вала, направленного от колесной пары 103.
Резьбовой болт 114.1 в осевом направлении выступает через отверстие в радиальной разделительной стенке 112.3, образующей упор 112.2, так что гайку 114.5 соединительного устройства 114 можно навинтить на внешний резьбовой участок 114.3 так, что она будет примыкать к упору 112.2.
Благодаря радиальному люфту утонченного участка 114.4 в отверстии 109.3 вала, можно не только получить очень компактную конструкцию. Дополнительное преимущество заключается в том, что сравнительно длинный свободный участок резьбового болта 114.1, а именно утонченный участок 114.4, по существу находится под действием исключительно растягивающего напряжения. Это также дает выгодное сравнительно податливое соединение, которое способно обеспечить достаточное относительное удлинение резьбового болта (в частности, из-за деформации утонченного участка 114.4) при растяжении под нагрузкой без риска повреждения.
E
NT
E
NT
Более конкретно, резьбовой болт 114.1 имеет эффективную длину L (в осевом направлении, обозначающую часть резьбового болта 114, служащую для передачи нагрузок соединения при функционировании) и номинальный диаметр D резьбы (в радиальном направлении). В настоящем примере эффективная длина L составляет 725% от номинального диаметра D резьбы. Посредством этого получают сравнительно податливую конструкцию, которая способна обеспечить достаточное относительное удлинение при растяжении под нагрузкой без повреждения. В этом контексте следует отметить, что в случаях, когда два резьбовых концевых участка имеют различные номинальные диаметры резьбы, предпочтительно важным является больший номинальный диаметр резьбы.
T
IT
T
OT
T
В настоящем примере резьбовой болт 114.1 в осевом направлении имеет суммарную L длину резьбового элемента, в то время как внутренний резьбовой конец 114.2 имеет длину L внутренней резьбы, которая составляет 16% от суммарной длины L резьбового элемента, а внешний резьбовой конец 114.3 имеет длину L внешней резьбы, которая составляет 24% от суммарной длины L резьбового элемента.
W
T
Более того, в настоящем примере утонченный участок 114.4 в осевом направлении имеет длину L утонченного участка, которая составляет 40% от суммарной длины L резьбового элемента. Такой сравнительно длинный утонченный участок 114.4 (благодаря конструкции утонченного участка без выемки) дает выгодную сравнительно податливую конструкцию, которая способна обеспечить достаточное относительное удлинение резьбового болта 114.1 при растяжении под нагрузкой без повреждения.
В настоящем примере получают особенно выгодную конфигурацию со свободным участком (как описано выше) резьбового болта надлежащей длины при конфигурации, в которой длина осевой выемки осевого отверстия 109.3 вала составляет 110% от максимального диаметра концевого участка 109.1 вала (в области защитной втулки 115).
Как также можно увидеть на фиг. 2, граничная часть 114.6 внешнего резьбового конца 114.3 в осевом направлении выступает за пределы гайки 114.5 со стороны гайки 114.5, направленной от колесного блока 103. В настоящем примере граничная часть 114.6 в осевом направлении предпочтительно имеет длину граничной части, которая является достаточной для того, чтобы соединить резьбовой болт 114.1 с натягивающим инструментом (не показан) для прикладывания предварительного напряжения натяжения на резьбовой болт 114.1, тем самым упрощая отдельный способ установки компонентов, как будет более подробно описано ниже.
Гайка 114.5 и граничная часть 114.6 входят во внешнее отверстие 112.4 полого элемента 112 вала, которое дополнительно закрывают крышкой 112.5, так что эти важные компоненты защищены от повреждения.
Сборку конфигурации, описанной выше в настоящем примере, выполняют в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа сборки приводного устройства в соответствии с изобретением, который будет описан далее.
На подэтапе первого этапа сборки после того, как защитную втулку 115 соединили с концевым участком 109.1 вала, внутренний резьбовой конец 114.2 резьбового болта 114.1 ввинчивают в соответствующее резьбовое отверстие в концевом участке 109.1 вала.
Затем, на подэтапе первого этапа сборки кольцевой элемент 111 и полый элемент 112 вала вводят в контакт в области осевых зубцов 113, так что защитная втулка 115 располагается между концевым участком 109.1 вала и полым элементом 112 вала. Более того, на этой стадии внешний резьбовой конец 114.3 резьбового болта 114.1 выступает за пределы упора 112.2 полого элемента 112 вала.
На подэтапе первого этапа сборки гайку 114.5 навинчивают на внешний резьбовой конец 114.3, так что граничная часть 114.6 внешнего резьбового конца 114.3 выступает вдоль оси за пределы гайки 114.5. Понятно, что все подэтапы первого этапа сборки могут быть выполнены в произвольной последовательности.
Затем, на втором этапе сборки натягивающий инструмент (не показан) соединяют с граничной частью 114.6 (обычно, используя резьбу граничной части 114.6). После этого, применяют натягивающий инструмент для прикладывания (в осевом направлении) заданного предварительного напряжения натяжения на резьбовой болт 114.1, тем самым удлиняя в осевом направлении резьбовой болт 114.1 на заданную величину.
Затем, на третьем этапе сборки гайку 114.5 продвигают дальше по внешнему резьбовому концу 114.3 и вводят в контакт с упором 112.2 полого элемента 112 вала. Это можно выполнить просто вручную без какого-либо инструмента, так что между гайкой 114.5 и смежным упором 112.2 действуют только сравнительно малые силы контакта. В частности, по сравнению с обычным затягиванием резьбового соединения с использованием ключа или подобного, между гайкой 114.5 и смежным упором 112.2 не возникает ощутимого или пагубного трения. Это особенно выгодно для сохранения конечных покрытий (таких как антикоррозионные покрытия и т.д.) компонентов от повреждения.
Наконец, на четвертом этапе сборки натягивающий инструмент освобождают (тем самым сокращая осевую длину резьбового болта 114.1), чтобы прижать гайку 114.5 к упору 112.2 с использованием силы натяжения, создаваемой резьбовым болтом 114.1, тем самым прочно соединяя кольцеобразный элемент 111 с полым элементом 112 вала. Этот способ сборки обладает значительным преимуществом, заключающимся в том, что задействованные компоненты подвергают исключительно строго определенному предварительному напряжению натяжения или сжатия, предотвращая при этом напряжения кручения.
Понятно, что такое устройство и способ сборки также обладают большим преимуществом, которое заключается в том, что сборку и, в частности, разборку устройства выполнить очень просто, что значительно облегчает техническое обслуживание и ремонт.
Хотя выше настоящее изобретение было описано только в контексте рельсовых транспортных средств с низким уровнем пола, тем не менее, понятно, что оно также может быть применено к любому типу рельсового транспортного средства, чтобы преодолеть аналогичные проблемы в отношении простого решения для снижения риска повреждения компонентами приводного устройства в случае неисправности соединительного элемента.