出口窄軌機車異步牽引電機內錐軸與小齒輪裝配技術研究

郭晏麟， 馬千柱， 劉晨曉， 楊　坤

（中車永濟電機有限公司， 山西　永濟　044502）

引言

出口窄軌機車軌距一般為1 m左右，懸掛在輪對之間的異步牽引電機軸向空間很有限。當齒輪箱傳動比較大時，電機小齒輪的直徑較小，此時電機轉軸從機械強度上考慮已經不允許采用外錐軸結構，多使用內錐軸或齒輪軸結構。若采用齒輪軸，當小齒輪磨損或燒灼時將導致電機更換轉軸，電機全壽命周期維護成本較高，因此內錐軸結構應用日益廣泛。不同于國內常用的外錐軸連接，內錐軸與小齒輪壓裝和電機驅動端軸承關系密切，不僅要考慮過盈量以滿足驅動負荷的要求，還需重點考量過盈壓裝對軸承安裝的影響。

1　技術分析

圓錐過盈聯接傳遞載荷是利用材料彈性變形的壓應力和拉應力，在結合面間產生壓力，靠與此壓力相伴的摩擦力傳遞轉矩。這種聯接的結構簡單，定心性好，承載能力高，承受變載和沖擊的性能好，且圓錐面過盈聯接時壓合距離短，裝拆方便。

小齒輪壓裝時，首先要考慮推進量，推進量決定了過盈量，直接影響傳遞負荷的大小和是否發生塑性變形。其次須兼顧轉軸軸承位外圓膨脹變形對軸承內圈過盈配合的影響以及對軸承安裝游隙的減小。因此，在壓裝工藝過程中，需要同時監控的量值包括推進量、轉軸軸承位外圓變形量和軸承內圈外徑變化量，工藝比較復雜，檢測設備要求高，可操作性不佳。

現考慮通過壓裝工藝驗證和數據分析，推理出實際壓裝過程中各個量值的變化規律，最終達到簡化工藝流程，僅控制推進量在一定的范圍即可達到最佳的壓裝效果。

經過前期的計算分析，電機推進量范圍取3.8～6.2 mm之間，此時過盈量（錐度1∶20，過盈量0.19～0.31 mm）既可以滿足載荷傳遞需求又能夠保證聯接件不發生塑性變形。下面采用最直觀有效的現場壓裝試驗進行分析論證。

2　壓裝工藝驗證

壓裝過程：用自然力將小齒輪推入轉軸內錐孔內，再用專用壓裝設備將小齒輪推進一定尺寸（≥3.988mm），保壓1h后，檢測小齒輪推進量，并記錄數值。

為了得到壓裝過程中小齒輪推進量和轉軸軸承位外圓變化、軸承徑向安裝游隙變化之間的關系，需要分兩次進行壓裝驗證。

2.1　驗證壓裝配合對轉軸軸承位外徑的影響情況

只在轉軸外圓上安裝軸承擋圈壓裝小齒輪（如圖1所示），試驗結果如表1。

表1　裸軸加擋圈測量轉軸軸承位外徑尺寸

圖1　裸軸加擋圈測量轉軸軸承位外徑變化情況

2.2　驗證壓裝配合對軸承徑向游隙的影響情況

安裝端蓋、NU軸承及軸承擋圈后壓裝小齒輪（如圖2所示），試驗結果如表2。

表2　安裝端蓋和軸承后測量軸承徑向游隙

圖2　安裝端蓋和軸承后測量軸承徑向游隙

3　綜合分析

將表1和表2數據繪圖比對分析，如圖3：

圖3　壓裝數據分析圖

由圖3可知，兩曲線相交于推進量為4.44 mm時，轉軸外徑為Φ159.88+0.15=Φ160.03 mm，處于推薦公差的下限；軸承安裝游隙為0.09 mm，符合安裝游隙要求。當推進量為4.59 mm時，轉軸外徑為Φ160.06 mm，接近推薦公差的上限；軸承安裝游隙為0.085 mm，亦符合要求。因此，確定最佳推進量為4.44～4.6 mm。

4　結語

通過實際工藝驗證和理論分析，得出最佳推進量。在此范圍內壓裝小齒輪，既可以保證軸承內圈的過盈配合，又可以保證軸承的安裝游隙在合理的范圍內，同時在很大程度上降低了工藝難度。

此項研究成果已經先后在出口南非、新西蘭兩種內燃交流機車異步牽引電機上采用，均順利通過單電機負載試驗和實際線路運行考核，運行良好，未發生過小齒輪遲緩或滑輪現象。