二、驱动装置的设计要求

驱动装置的设计要求主要是根据机车运行要求而提出的。例如：对于客运机车在低速时，可以采用结构简单的弹性元件少的驱动装置，甚至刚性的驱动装置；对高速客运机车来说，驱动装置对于机车动力学性能和轮轨的相互作用力的影响就很大。现代的货运机车也采用了动力学性能良好的驱动装置，所以理想的驱动装置必须根据工作条件来满足运行品质的要求。其主要要求如下：

1.运动学的要求

（1）驱动装置要尽可能的不影响动轮轮对的垂向运动。也就是说，要尽可能的没有内阻，从而对轮对弹簧垂向挠度的影响尽可能的小。

轮对通过弹性元件及轮对连接部件与转向架构架相连接，作用于轮对的力通过这些元件直接传递到转向架构架上。如果驱动装置相对于轮对的垂向弹簧装置具有内部阻力，那么作用在轮对上的力将按照驱动装置部件的弹性系数与弹簧部件的弹性系数的比例，有一部分要传到驱动部件上；如果驱动装置因此影响了轮对的垂向弹性，那么为了保证簧上质量所需的弹簧挠度，就需要将轮对弹簧的弹性系数减小。

（2）驱动装置不应阻碍轮对的横向运动，即不产生横向的内部阻力且不影响轮轴的横向弹性。

为了减小机车运行时轮轨相互作用产生的横向力或横向冲击，轮对与转向架构架、转向架构架与车体之间必须具有横向的弹性。

如果驱动装置对轮对的横向运动具有内部阻力，轮对上的横向力将按驱动装置的横向弹性系数与轮对连接部件的弹性系数的比例，有一部分要传到驱动装置上。一方面给驱动装置的部件增加附加的应力，另一方面也影响了轮对的横动。

轮对的导向和弹性应由按一定标准的轮对连接部件来保证，理想的驱动装置的结构应对轮对的横向运动没有或只有很小的影响。

（3）驱动装置应能够保持正确的角度，电机轴与轮轴的角度应不受轮对弹簧的影响。

当采用抱轴式电机驱动装置时，如果轮轨处于黏着状态，轮对垂向跳动会对电机电枢产生旋转，而电枢的质量阻止这种冲击加速度。这样，除了使传动部件增加附加应力外，抱轴电机悬吊弹簧对轮对弹簧还会产生部分的作用力。电机全悬挂装置也有这种缺点，但比较小。在动轴垂向运动时如果驱动装置不能保持正确的角度就会出现由于轮对的垂向运动和附加在电机电枢上的加速力，造成不规则的扭矩波动。

（4）驱动装置应允许有较大的横动量

为了使三轴转向架在通过曲线时取得较好运行品质和较低的轮轨横向力，必须使中间轴能够横动，以减少导向轴的受力。因此，一般的中间轴具有±25mm的横向位移。在这种情况下，驱动部件应不出现或只有很小的内部阻力。

驱动装置的机械传动系统位于动轮与电机或其他原动机之间，轮对与转向架构架之间的相对运动必然要作用到驱动装置上，因此要求驱动装置不仅能够横移，而且能够沿各个方向作角位移（亦即所谓万向偏转），并允许动轮轮对横移。在发生这些运动的同时，驱动装置可以毫无阻碍地进行扭矩的传递。

以BBC万向轴驱动装置为例来描述，从图1-1-2～图1-1-6可以看到轮对相对于电机电枢轴的相对位移情况。当轮对的一个车轮跳动或两个车轮同时跳动时，空心万向轴相对于轮对及紧固在电机上的齿轮轴之间均有角运动。在空心万向轴两端必须装有联轴节，以使空心轴中心导向，并可以进行角位移；同时将扭矩从大齿轮传递到空心轴，再通过另一端的连接装置将扭矩传到轮对上。

2.动力学的要求

（1）应尽可能地将轮对以外的所有部件置于簧上，这样簧下质量只有轮对和少数部件的质量。如果机车簧下质量大，机车在通过不平顺线路、钢轨接头和道岔时会产生大的轮对垂向加速度，随着机车速度的不断提高，冲击力会明显的提高。因此，应设法尽可能地减少机车的簧下质量，对高速机车和动车尤其如此，这可以减少轴重波动，从而改善了牵引力的传递。

采用架悬式、半体悬式或体悬式牵引电机可以有效地减少机车簧下质量。将包括大齿轮在内的变速装置和电机均置于簧上，只有轮对的本身及驱动装置的一部分为簧下质量。动力集中式高速机车转向架采用半体悬式或体悬式牵引电机驱动装置，减少了簧下和簧间质量，从而降低了电机的加速度，提高了转向架运行临界速度。

弹性抱轴式牵引电机驱动装置的一部分质量弹性支承在动轮上，它的弹簧挠度比轮对弹簧要小，因此作用在弹性抱轴式电机的垂向加速度比轮对的垂向加速度要小得多，但比架悬式电机要大。弹性抱轴式电机的垂直加速力与电机加在车轮上的质量成正比，因此，弹性抱轴式牵引电机驱动装置较之抱轴式牵引电机驱动装置有所改进，曾用于欧洲速度为180km/h的机车。

（2）在正常运行或在运行中受到冲击而产生轮对位移时，驱动装置的部件不应产生任何外惯性力，即不平衡力。

电力机车制造完成后，要对每个轮对的轮重进行称量，并通过调整轮对的弹簧进行进一步补偿。由于这种调整，由于运用中轮对弹簧的下沉，由于转向架构架、轮对连接部件和电机壳的制造不精确，均需在实际上估计到轮对的永久位移。

在万向轴驱动中，由于轮对位移所产生连接部件的偏心，而产生了不平衡力，它的频率为轮对回转频率的2倍，这种不平衡力与驱动装置的设计有关。在双侧布置时，万向轴驱动装置可将两侧的驱动装置作相应的转换补偿，使整个结构达到静态平衡。此外，万向轴驱动装置还可能存在动态不平衡的问题，而这种不平衡有一部分还不能完全平衡，这样就造成电机机壳围绕转向架纵中心线倾斜，并造成轮重的波动。万向轴驱动装置的自由离心力随着行车速度的平方增加。例如德国的E10001电力机车的万向轴驱动装置：在轮对位移20mm，速度为130km/h时，加在车轮上的自由离心力约为520kg；在35mm最大的轮对位移时，自由离心力提高到910kg；在轮对位移为35mm，而速度达到200km/h时，万向轴驱动装置的自由离心力将达到2160kg，相当于车轮静压力的21.6％；在速度达到250km/h，将提高到3370kg，达到车轮静压力的33.7％。

（3）在持续运行或在运行中受冲击而发生轮对位移时，驱动装置不应增加内部惯性力或浪费弹簧能量。

如上所述万向轴驱动装置在轮对位移时，除了由于不平衡力所致轮重波动，当轮对回转时，万向轴驱动装置关节连杆部件的运动产生附加的内部惯性力。假设轮对的冲击加速度达到或超过20g而产生冲击式轮对位移时，不平衡力和惯性力的瞬时值将更高，由于不平衡力和内惯性力都随速度的平方增大，一旦达到一个极限速度，这个极限速度由于不平衡力和内惯性力将限制驱动装置的使用。不仅由于它的振动，还由于机械应力使结构设计受到限制。不同万向轴驱动装置的不平衡力和内部惯性力的比例是不同的，这要在设计和测试中加以确定。

总之簧下质量和簧间质量均影响车辆的走行品质，动力集中式高速机车和动力分散式动车组将电机全悬挂或半悬挂在车体上、或者全悬挂在转向架上，并采用功率大、重量轻的交流牵引电机以降低簧下质量和簧间质量，来提高机车和动车的走行品质。