大部分地鐵車輛通過傳動齒輪箱來實現(xiàn)電機的動力傳輸，即齒輪箱輸出與車軸連接，輸入與電機連接，齒輪箱通過懸掛裝置安裝在轉(zhuǎn)向架上，所以傳動齒輪箱的傳動結(jié)構(gòu)、箱體、軸承選擇和潤滑密封結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)設計時不僅要考慮齒輪箱的需要，同時還要滿足轉(zhuǎn)向架的空間、電機特性和車軸尺寸的要求。
一、地鐵齒輪箱傳動結(jié)構(gòu)
目前國內(nèi)地鐵齒輪箱常用傳動結(jié)構(gòu)有一級斜齒輪傳動和二級斜齒輪傳動，分別如圖1和圖2所示。
一級傳動齒輪箱結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高，可以有效降低維護運營費用，并且占用空間小、重量輕，可以減小轉(zhuǎn)向架簧下重量。但由于地鐵車輛運行速度高，啟制動頻繁，對齒輪強度要求高，所以齒輪設計時在滿足強度的要求下，受電機尺寸和轉(zhuǎn)向架空間尺寸的限制較大。二級傳動齒輪箱結(jié)構(gòu)相對復雜，但可以有效地提高齒輪箱的承載能力，并且中心距和速比變化范圍大，可以更好地適應地鐵車輛提高速度和承載能力的需要，在A型地鐵車輛上得到廣泛使用。
地鐵齒輪箱傳動結(jié)構(gòu)主要根據(jù)車輛的運行速度和承載能力的需要來進行選擇，其結(jié)構(gòu)尺寸應滿足轉(zhuǎn)向架空間和結(jié)構(gòu)的需要，強度應滿足電機功率、轉(zhuǎn)速及扭矩的特性需要。
二、齒輪箱箱體
2.1箱體材料
地鐵齒輪箱箱體結(jié)構(gòu)相對復雜，屬于批量化產(chǎn)品，所以箱體制造主要采用鑄造工藝，材料主要選用球墨鑄鐵和鑄造鋁合金。鑄造鋁合金質(zhì)量輕、散熱好，可以有效地減輕齒輪箱的重量，但是由于鋁合金強度低，因此在進行齒輪箱設計時所有軸承不能直接安裝在箱體內(nèi)，必須增加軸承套，并且所有螺紋孔必須增加鋼絲螺套，才能滿足強度需要，增加了齒輪箱的成本，齒輪箱結(jié)構(gòu)相對復雜不易安裝拆卸和維護。球墨鑄鐵強度高，使用廣泛，從經(jīng)濟性、易維護性方面考慮地鐵齒輪箱箱體材料選擇球墨鑄鐵更為合適。
2.2箱體結(jié)構(gòu)
地鐵齒輪箱箱體常用結(jié)構(gòu)有斜剖分式結(jié)構(gòu)和整體式結(jié)構(gòu)。圖3為斜剖分箱體結(jié)構(gòu)，箱體被分為上箱體和下箱體，兩者間通過螺栓連接，這種結(jié)構(gòu)便于拆裝和維護，從使用性和易維護性方面考慮地鐵齒輪箱箱體結(jié)構(gòu)選擇斜剖分式結(jié)構(gòu)更為合適。整體式箱體結(jié)構(gòu)又有箱蓋在上部和箱蓋在側(cè)面兩種常見結(jié)構(gòu)，如圖4、圖5所示。整體式結(jié)構(gòu)箱體加工性好，容易保證輸入和輸出軸承孔的形位公差，但是拆裝麻煩，必須將輸出齒輪與車軸分解后才能將齒輪箱拆開，不易安裝和維護;特別是箱蓋在側(cè)面的結(jié)構(gòu)，對箱蓋安裝的密封性要求高，容易發(fā)生滲漏油故障，應盡量避免使用該箱體結(jié)構(gòu)。
三、軸承選型
為了提高齒輪的傳動平穩(wěn)性，減小齒輪箱的沖擊、振動和噪聲，地鐵齒輪箱主要選擇斜齒輪，特別是一級傳動齒輪箱螺旋角一般都要超過15°，所以在軸承選型時必須同時考慮承受徑向力和較大的軸向力，并且滿足轉(zhuǎn)速和空間尺寸的要求。齒輪箱設計時主要選用圓錐滾子軸承，軸承選用面對面布置形式，便于軸承的拆裝和游隙調(diào)整(如圖1所示)。但隨著地鐵車輛運行速度和承載能力的不斷提高，地鐵齒輪箱輸入轉(zhuǎn)速和扭矩也不斷加大，為了同時滿足轉(zhuǎn)速和扭矩的需要，又不能增加軸承的空間尺寸，所以輸入軸軸承選擇兩個圓柱滾子軸承加一個四點角接觸軸承，由圓柱軸承承受徑向力，四點角接觸軸承承受軸向力(如圖2所示)。地鐵齒輪箱在設計時主要考慮輸入軸軸承的選型，其他軸系主要選擇圓錐滾子軸承，輸入軸軸承可以選擇圓錐滾子軸承，也可選擇圓柱滾子軸承加四點角接觸軸承的配置形式，前一種配置形式結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝和調(diào)整，但受到輸入轉(zhuǎn)速和扭矩的限制;后一種形式雖然軸承數(shù)量增加，但適應性強，可滿足不同速度和承載能力的需要。
四、潤滑與密封
地鐵齒輪箱潤滑和密封系統(tǒng)關(guān)乎齒輪箱的使用可靠性，滲漏油故障是目前地鐵齒輪箱運行過程中較為頻繁的故障模式。地鐵齒輪箱主要采用飛濺潤滑，將輸出大齒輪浸入油池中，齒輪旋轉(zhuǎn)將潤滑油帶到嚙合齒面上，并且將潤滑油攪動起來，通過在箱體內(nèi)壁中合適的位置增加擋油板和集油槽，從而使?jié)櫥土魅胼S承中對軸承進行潤滑。齒輪箱采用非接觸式機械迷宮密封，同時可在結(jié)合面上增加橡膠密封圈，在機械迷宮的迷宮腔內(nèi)設置回油孔。在潤滑和密封設計時應考慮以下幾點：
(1)選擇合理的大齒輪浸油深度，浸油深度不夠?qū)⒉荒鼙ＷC足夠的潤滑油被攪動起來，從而不能使軸承和齒輪得到充分的潤滑;浸油深度過高會使齒輪攪油損失加大，從而導致齒輪箱溫度過高。
(2)由于地鐵齒輪箱是正反兩個方向都可以運行，因此在增加擋油板時應考慮齒輪的旋轉(zhuǎn)方向;地鐵啟制動頻繁，啟動加速度大，所以應增加集油槽使軸承在齒輪箱剛開始運行時得到潤滑。
(3)盡可能多的設置回油孔的數(shù)量，回油孔位置應選擇在齒輪箱的負壓區(qū)，保證回油流暢，并且需要設置通氣裝置，均衡齒輪箱內(nèi)外的壓力。
(4)盡量增加機械密封的迷宮數(shù)量，減小滲油可能性，增加密封可靠性;增加橡膠密封圈時必須考慮密封圈安裝方便，安裝位置合理。
五、結(jié)語
本文對地鐵齒輪箱的齒輪傳動結(jié)構(gòu)、箱體材料及結(jié)構(gòu)、軸承選型和潤滑密封系統(tǒng)進行了研究，分析了各關(guān)鍵技術(shù)在設計時的不同選擇和注意事項，為地鐵齒輪箱的設計者和使用者提供參考。