一种三轴铁道机车动力模型转向架与传动装置的制作方法

本实用新型属于仿真模型领域，涉及一种三轴铁道机车动力模型转向架与传动装置。

背景技术：

现有的仿真比例模型很难结合动态与静态的统一。尤其在铁道机车模型上。由于现实世界的内燃机车和电力机车大多采用电传动(一些内燃机车采用液力传动)，为了仿真，模型需要从三维空间的每个维度对其进行外观状态的缩比模拟。转向架作为机车车辆走行部的核心组件，在现实世界中通常由构架、动力装置、轮对和悬挂装置构成，但是在小比例模型(小于1/45)的条件下，很难找到相应的转向架上的动力单元满足驱动现有的批量加工工艺所构成的车身以缩比速度在轨道上行驶的要求，因此自上世纪末开始，成熟的方案是将小型直流电机放在车体内部，通过传动轴提供给齿轮箱动力，齿轮箱则负责将动力输出到仿真的转向架轮对上。

齿轮箱通常的设计是齿轮箱的动力输出轴经过一个蜗杆变换，将舱内电机沿着机车前进方向切向为轴的动力输出经过蜗杆传导为沿着机车前进方向法向为转动轴的运动。这个过程中的齿轮组结构多种多样。但是现在通用流行的齿轮箱都有一些问题，比如首先为了传导动力和变速，采用多重齿轮嵌套与传力的结构，导致齿轮箱体积大，占用了很多空间，从侧面看齿轮箱，容易透过转向架结构看到内部。而铁道机车模型转向架有很多是采用贴近机车底的高位横梁构造，下方没有显现的结构，那么模型齿轮箱就无法从侧面隐藏，被迫做成暗色以降低可视度，增强仿真效果，这也带来了许多工艺问题。同时外观的仿真程度也有所降低。

对于三轴转向架的电传动铁路机车模型来说来说，现有设计很难把转向架的电动机舱轮廓表达出来。这样又降低了仿真性。

而转向架外观构件当前的设计主要满足于外形结构的适度仿真，但是受制于工艺限制，不能较高程度的拟真。比如转向架的一系悬挂弹簧装置很难被适当表现出来，通常采用浮雕的方式表现。

在现实世界的铁道机车上，转向架牵引杆装置有许多种，对某些特定的转向架来说，其牵引杆装置是位于转向架的沿着轨道行驶方向的两侧，通过拐臂相连，构成一个连杆机构，一端连接车身，一端连接转向架构架。

但是受制于小比例模型的应用场景，在缩小尺寸的小比例模型如国际通行的标准轨缩比为16.5mm的ho规格模型系统上，轨道弯道半径要远远小于按照真实状态缩比的半径，这就造成了当机车转弯时，转向架的偏转幅度远远大于实车，不能仿真，只能推倒重来，在满足过弯要求的同时，牵引机构通常被放弃，使得转向架仿真程度大大降低，损害了精密模型的仿真特性和娱乐性、观赏性。

同时受限于现在的齿轮箱与转向架仿真结构的安装方式，许多独立组件无法在满足动态行车要求与静态观赏要求的前提下获得安装的机会，客观上降低了模型的观赏与动态娱乐、交互式娱乐价值。

总的来说，现有技术很难做到“全方位仿真并且兼顾动态和静态模型的要求”，也就是说铁道机车模型不能像飞机与战车等模型一样，拿起来全方位展示。车底没有什么仿真细节可言，同时侧面结构也很不仿真。

当前普遍存在的模型转向架设计还有一些缺陷，比如三组轮对的转向架前后轮距离较长，在模型轨道上可能因为轮对踏面形状的原因，不能很好地接触轨道获得足够低电阻率的供电或信号，同时在面对一些常见问题时候，轮对不能保证最大接触，容易引发断电或者一组到两组踏面短暂悬空，使得模型机车短暂丧失动力或者丧失持续的信号。而当前几乎全部的小比例仿真铁道机车模型采用导电的轨道供电的动力模式，这对动态运行中轮轨接触关系的可靠性也提出了很高的要求。因此这些问题点都有极大改善空间。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：通过设计一种新型的三轴电传动机车模型转向架，通过合理的传动机构设计，使之具备良好的动力传递和承载能力的同时，尽可能地提高三维空间视觉仿真效果，将动态行车和静态观赏的要求相结合，让装备这样转向架组件的铁路机车模型可以较好地运行在对应比例的轨道上，并且在运行时的动态条件下也能提供良好的仿真观赏效果。另一方面此转向架在良好适配成熟的加工产业和设计规范的基础上，通过合理设计给予未来升级空间，提供一个实现更多功能的基础平台组件。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种三轴铁道机车动力模型转向架与传动装置，包括齿轮箱、以及齿轮箱外部连接的构架、构架底部连接的牵引杆组件；其中，齿轮箱包括顶部的齿轮箱控制盒、与三个组轮连接的齿轮箱外壳，齿轮箱控制盒内设置动力主轴，动力主轴一端穿过齿轮箱控制盒通过万向节套筒与电动机连接；动力主轴的轴体下方连接中央变速齿轮，中央变速齿轮与介导齿轮组连接，介导齿轮组与同轴动力齿轮连接；介导齿轮组与同轴动力齿轮构成m型传出路径，同轴动力齿轮数量为3、位于m型传出路径末端且与分别位于三个组轮的轮体位置，三个组轮之间具有凹陷结构1a和凹陷结构1b；

构架由前端梁、后端梁、左侧梁和右侧梁首尾相连形成框架，框架与齿轮箱外壳连接；左侧梁和右侧梁上均设置轴箱、旁承支座和拐臂座；拐臂座与牵引杆组件中的牵引杆拐臂连接；

牵引杆组件包括连接杆，连接杆一端与牵引杆拐臂一端铰接，牵引杆拐臂另一端与拉杆一端铰接、牵引杆拐臂拐点位置设置与拐臂座连接的通槽，所述拐臂座上设置两块耳板且耳板间设置销轴，所述通槽与销轴连接；拉杆另一端与牵引座基座连接；连接杆另一端镜像设置。

进一步地，所述动力主轴采用蜗杆轴。

进一步地，所述齿轮箱控制盒和齿轮箱外壳通过螺栓或者卡扣连接。

进一步地，所述介导齿轮组包括多个介导齿轮。

进一步地，所述齿轮箱还包括电动机吊挂座，所述电动机吊挂座数量为3。

进一步地，所述连接杆采用金属或塑胶制成。

进一步地，所述同轴动力齿轮数量为3，位于中间位置的同轴动力齿轮水平位置高于左右两侧的同轴动力齿轮进一步地。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.齿轮箱采用m型传动路线的设计，显著放宽了齿轮箱的外观约束条件，可以较好地模拟真实环境下许多电传动内燃与电力机车的牵引电机舱的三维结构轮廓，尤其是对于采用位置较高的转向架侧梁，采用悬吊式、拉杆定位式悬挂的机车车辆来说，可以实现观众视角的“视线无遮挡”，极大提高仿真程度。

2.齿轮箱的设计使得能较好模拟电传动机车的电机舱抱轴悬挂以及与轮轴平行放置的牵引电机舱的联合结构，这样可以使得从底面看，机车模型也具备外观仿真的特点，这是之前受限于传动结构没有实现的一个优势，立即就可以实现全方向仿真，而不是只能满足侧面与顶面有限的仿真。

3.使用m型传动路径的齿轮箱结构能够使得在满足上述外观尺寸限制的要求下，使用较为稳定的，传动效率较高的与轮对转动角速度同在一个平面上的连续齿轮传动机构，避免了其他传动方式如运动方向切向传动轴的进动带来的干扰和对齿轮机构的磨损等。这种设计可以兼容目前广泛采用的主动力电机-蜗轮蜗杆-齿轮箱传力结构，并且不损害齿轮箱的功能，而且没有过多的对车身等其他构件的依赖极大扩展应用性，使得许多产品都可以应用此项技术升级。

4.齿轮箱采用可以更换的上部结构，可以实现通过蜗轮蜗杆程控、电控或机械控制抬升的方式实现在动力机车模型上模拟现实世界“无火回送”的要求，极大提升铁路机车模型的实用性，拓展动态运用边界。

5.采用封闭包围式构架，提升了现在对同类机车模拟缩微的转向架的机械结构强度，同时构建了比较稳定的小部件装配平台。这样可以将之前许多依赖于侧梁的零件重新挂载于横梁并且提供在正常模型轨道行车环境下稳定的安装平台。

6.由于构架的结构形成了稳定的框体结构，有足够的刚度，转向架设计包含了连接了车身车体的多种扩展方式。转向架承受车身重力并提供牵引力的方式可以为齿轮箱与构架结合，再通过类心盘部分实现自由转动并传力给车体，也可以支持采用多点连接，脱离齿轮箱承力，利用旁承转向方式向机车传递动力并起到转向架的支承作用。同时给牵引杆结构提供了稳定的运行平台，实现牵引杆的动态全时全方位仿真。

7.模型转向架上的牵引杆结构能够满足在现有标准下适应模型轨道通行能力，显著大于实车缩比状态下摆动角度的通行能力，这样可以使得模型的用户在静态观赏的时候，采用本发明的机车模型呈现极高仿真度，而动态运行的时候，本发明使得模型的用户与操作者不用担心侧位转向架牵引杆与机车不能较好连接，从而限制转向架模组相对于机车车身在轨道面的平行面上摆动的幅度，极大地拓展了具备三轴电传动转向架结构机车的轨道运行条件限制。

8.本转向架设计的齿轮箱三个轴可以不同在轨道面上，中央轴略高于前后两轴，具体在被广泛运用的1/87或ho规格的铁道模型系统上，中央轴高于两侧轴0.1mm，使得轮对具备良好的轨道适应性，由于绝大多数缩微模型铁路机车所使用的的轨道都是分段拼接的，所以往往会存在两段轨道间轨道面的不平行，尤其在轨道转向更大的坡度的接缝处，三轴位置一样就很容易导致多数轮对悬空，减小了模型机车的静摩擦面积，降低了动力，同时因为绝大多数仿真铁道机车模型采用轨道供电模式，这样也容易造成接触不良等问题。抬升中央轴的设计可以要小解决这个问题，扩展适应轨道的程度并提高电气系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本实用新型转向架爆炸图；

图2是本实用新型作为组成部分的齿轮箱立体图；

图3是本实用新型作为组成部分的齿轮箱后视图；

图4是本实用新型齿轮箱传动路线示意图；

图5是本实用新型作为组成部分的牵引杆立体图；

图6是本实用新型整体结构立体图；

图7是本实用新型整体结构第一角度仰视图；

图8是本实用新型整体结构第二角度仰视图；

图9是本实用新型整体结构第三角度仰视图；

图10是本实用新型牵引杆组件局部放大图；

图11是本实用新型1/87比例内燃机车动态仿真模型在450mm弯道上转弯状态的样例；

图中标记：

11-齿轮箱控制盒、12-齿轮箱外壳、13-动力主轴、14万向节套筒、15、中央变速齿轮、16-介导齿轮组、17-同轴动力齿轮；

21-左侧梁、22-右侧梁、23-前端梁、24-后端梁、211-轴箱、212-旁承支座、213-拐臂座；

31-连接杆、32-连接杆销、33-拐臂销、34-牵引杆拐臂、36-拉杆、37-牵引杆基座；

40-二系悬挂弹簧、41-扫描器、42-制动气缸、43-电动机悬挂杆、44-轴箱减震器、45-后侧砂箱、47-前侧砂箱、49-单侧制动闸瓦、48-油瓶。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

本方案的转向架与传动装置，主要由四周环抱的构架结构用以模拟模型原型型号的外观，采用侧梁-端梁封闭构成固定的外部包围结构；一个锌合金、铜或塑胶材质的齿轮箱，齿轮箱和构架外观组件之间采用螺丝螺栓或拼插粘胶的方式固定，齿轮箱在轮对之间的宽度经过调整，满足机车模型在轨道上行车的需要；齿轮箱有多个齿轮，对应三组轮对的同轴齿轮以同样的速度同方向转动，同轴齿轮之间被有多个合适尺寸的齿轮所啮合，传动了同样的角速度；以适当方式在齿轮箱和表面布设装配位，以增添独立的附属零件，同时为未来升级可以被驱动的踏面刹车仿真装置提供了基础；齿轮箱中的齿轮圆心的连线不是直线，而是在轨道平面的垂直向量与当前机车运转方向切向向量共面的平面，即为大多数人眼中的机车侧面上形成了m型传动路径。该传动路径使得齿轮箱的下部可以缩小并且容许出现两个深槽，这两个深槽之间“没有”齿轮箱必须的结构，“没有”指代齿轮箱下面的凹陷结构中，不存在参与该齿轮箱工作的任何机械结构；

通过齿轮箱控制盒11上的动力主轴13与万向节套筒14或者其他传力机构在机车转弯或直行的状态下将中央的电动机输出的牵引功率通过中央变速齿轮15和介导齿轮组16转移到转向架的轮轴所在的同轴动力齿轮17上。齿轮箱可以由齿轮箱控制盒11和齿轮箱外壳12构成，使用螺栓或卡扣紧密连接，构架2通过螺栓或摩擦装配位固定在齿轮箱外壳12上。中央变速齿轮15、同轴动力齿轮17、以及介导齿轮组16内具体齿轮的数量、齿轮的传动比和模数都可以随实际需要而变化中央变速齿轮15、同轴动力齿轮17、以及介导齿轮组16的轴可以与齿轮轮盘一体，也可以作为单独的金属或非金属刚性轴单独加工。整个蜗杆-齿轮动力组在连接中央输出的情况下，轮轴的驱动力矩远远超过轮对的重力在倾斜轨道面上加载在轮对上的分量，防止模型机车溜车。齿轮箱的下部带有仿真的电动机吊挂座171，一般应该为三个，可以安装挂载附件43；

整体传动路径显示了一个m型传动路劲，这样可以使得齿轮箱外壳12底部有条件在三个平行的轮轴之间留出凹陷结构1a和1b。转向架左右侧梁21、22与齿轮箱的遮挡关系。由于存在1a和1b，使得从机车侧面看，存在完全的穿透视野，当观察者从侧面观察，即可以视线高度的仿真效果，避免了传统小比例电传动内燃机车模型齿轮箱对视线的干扰。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，本齿轮箱的三组轮对之间可以设置为中央一组轮对高于前、后两轮对相应的高度，以便适应模型轨道的上下坡接头，并且为安装轮对踏面胶圈提供了足够的空间；齿轮箱与主动力电机所连接的蜗轮蜗杆位置有独立的模块化结构，使得蜗杆可以与下方齿轮箱分离，切断动力输出；采用仿真的轮对，符合业界规范的踏面的同时，提供模拟磨耗后光亮踏面的外观效果，可以换装多种供电制式适配的轮对；齿轮箱的外观带有特定的轮廓线，可以模拟电传动机车实车的构造；具备金属弹片或轴承从轨道上获取电能或相应制式的模拟与数字电子信号的能力。

实施例三

本实施例在实施例二的基础上：齿轮箱控制盒11为独立部件。这使得在齿轮箱控制盒11有受控的抬升组件驱动的情况下，动力主轴13可以和传动轴分离，实现主动力蜗杆齿轮装置自锁的解耦。构架是一个多个部件，由合金或塑胶制成，一般由左侧梁21、右侧梁22、前端梁23、后端梁24合围成的框架，左侧梁21或右侧梁22上有用于外观属性呈现的轴箱211，旁承支座212，旁承支座可以扩展旁承附件用于稳定转向，合围的结构是一个稳定的和中间齿轮箱刚性连接的框架，可以根据模型的需要扩展各种外观和功能需要的附件。两侧拐臂座213，连接牵引杆拐臂34。

实施例四

本实施例在实施例三的基础上；构架存在由一个连接杆31，两端以连接杆销32连接一对牵引杆拐臂34，牵引杆拐臂34通过拐臂销33连接拉杆36，拉杆36并进一步连接牵引杆基座；牵引杆拐臂34拐点位置设置与拐臂座213连接的通槽，所述拐臂座213上设置两块耳板且耳板间设置销轴，所述通槽与销轴连接。

两个牵引杆拐臂34以连接杆31相连。连接杆31是一个两端有孔的，不受力时自然伸直的有一定刚度的长杆，以连接杆销32或牵引杆拐臂34上伸出的销形结构和两侧的牵引杆拐臂34相连接，牵引杆拐臂34围绕连接杆销32为轴旋转，连接杆31根据传力于部件材质摩擦系数等具体情况的不同可以调整设计为受力后发生一定挠度的长杆，可选用金属或塑胶制成。

牵引杆拐臂34放置在垂直于连接杆销32的平面，插入拐臂座213，牵引杆拐臂34拐点位置设置与拐臂座213连接的通槽，所述拐臂座213上设置两块耳板且耳板间设置销轴，所述通槽与销轴连接；通槽根据实际需要，设计成与转向架旋转运动路径相符合的形状，确保在整个运动过程中缺口套在拐臂座的柱头上。通常这个通槽可以设计为开口方向向前，即蜗杆万向节相对于旋转轴心的对侧或拐臂所在机车一侧的对侧，以便产品组装时候能顺利安装。

由于拐臂座213的相对于转向架本体位置是恒定的，拐臂座213的销轴作为约束，使得连接杆31、两个牵引杆拐臂34的组合在摆动时候朝着同样一个方向摆动。而牵引杆拐臂34与单侧的拉杆36连接，以非圆形孔结构套在牵引杆基座内构件和牵引杆基座外构件所形成的空隙中。

显示了整个转向架的摆动状态，这时候牵引杆拐臂34固定在拐臂座213内，在轨道面的平行面上，牵引杆拐臂34同向旋转。当转向架逆时针旋转，牵引杆拐臂34逆时针旋转，顺时针旋转时，牵引杆拐臂34顺时针旋转。旋转的时候，拐臂销33分别在轨道面的平行面上相对于机车前进方向的同向和对向运动，非圆形的孔在挂钩上提供了前后运动的旷量，保证了拉杆在牵引杆基座37的挂钩上被约束而不会掉落。相应的，非圆形的孔使得拐臂销33在牵引杆基座37的挂钩上被约束而不会掉落。在模型机车正常的运行或者运输搬动过程中，该运动组合由于各个方向上与车体和转向架的综合受力关系使得运动系统的各个组件可以在轨道面的平行面上正常摆动与旋转。

如图8所示，转向架整体由心盘支座的凸点和车身底部接触，心盘中央销作为转向架相对车身的摆动轴心。凸点和心盘中央销也可以由微型轴承代替。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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