新一代地鐵齒輪箱組裝工藝的創新研究

仇文凡 李 敬 易小雙 周金波

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

0 引言

快捷便利的交通運輸是社會經濟發展的基礎，隨著城市化進程的加快，對城市軌道交通也提出了越來越高的要求。軌道交通的飛速發展離不開關鍵部件，即齒輪傳動系統[1]。常見的地鐵齒輪箱為軸懸式的一級圓柱齒輪傳動，設計、制造、組裝和試驗技術已經較為成熟[2]。隨著各城市對地鐵車輛要求不斷提高，車輛結構不斷優化升級，齒輪箱結構需要作出適應性改進，現有的生產組裝工藝難以完全滿足新型齒輪箱新結構的生產要求。新一代地鐵齒輪箱跟一般地鐵齒輪箱結構大不相同，采用二級傳動，懸掛方式也與常用地鐵齒輪箱不同，組裝工藝和流程有待于進一步研究和完善。

1 新一代地鐵齒輪箱組裝現狀

新一代地鐵齒輪箱采用二級傳動，傳動系統由主動齒輪、中間軸和空心軸組成，箱體垂向短，縱向長，在組裝過程中，普通地鐵齒輪箱組裝的傳統方法因結構和工藝原因不能達到目的，有些工序甚至存在瓶頸，造成組裝停滯。主要問題集中在中間軸組裝，大軸承游隙和V型橡膠堆組裝。

(1)新一代地鐵齒輪箱中間軸由一級從動齒輪和二級主動齒輪組成，如圖1所示。組裝時，將一級從動齒輪熱套安裝在二級主動軸上，要求二級主動齒輪端面與一級從動齒輪內孔軸肩貼合。由于熱脹冷縮的原因，熱套后，二級主動齒輪端面與軸肩處經常無法貼合，不符合質量要求，如圖2所示，如果不返工處理，齒輪箱在運行過程中可能產生振動、溫度超差等質量問題。返工處理需要使用壓力機進行壓正，但存在拉傷配合面的風險，效果往往不理想，且對生產安全、產品質量、生產效率、員工的作業負荷等方面帶來巨大壓力。

圖1 中間軸示意圖

圖2 間隙示意圖

(2)二級從動齒輪是空心軸，質量輕，齒輪箱總體重心遠離空心軸，如圖3所示。如果按照傳統的方法來調整大游隙，箱體傾斜幅度太大，無法預測，且空心軸上也沒有結構可以用來吊裝。傳統的大軸承游隙調整工藝不適用于空心軸結構，無法進行后續工序的組裝。

圖3 箱體整體圖

(3)新一代地鐵齒輪箱項目通過設計結構的創新，由吊桿式結構轉換創新為V型橡膠堆式，如圖4所示，在V型橡膠堆組裝時卻出現了問題。由于V型橡膠堆兩端是橡膠，在安裝時需要一個人用手壓住，另一個人將橡膠堆向箱體上的卡槽里敲擊。然而在實際操作過程中，一個人的力量很難長時間壓住橡膠堆，甚至根本壓不動。

圖4 V型橡膠堆

在組裝過程中，如果橡膠堆傾斜，敲擊的人員未發現而繼續敲，可能會導致橡膠堆有碰傷甚至報廢。而且敲擊時，員工須用手扶住，可能會對員工造成傷害，對安全生產、產品質量、生產效率、員工的作業負荷帶來巨大壓力。

2 組裝工藝創新研究

2.1 組裝問題原因分析

(1)二級主動齒輪端面與軸肩的間隙很可能是裝配后一級從動齒輪冷卻收縮和齒輪內孔與軸的同軸度誤差過大所共同導致的，此誤差無法完全消除，但可以用注油的方法對齒輪進行扶正，再用油壓機將齒輪壓緊貼合，保證結合面的間隙要求。

(2)二級從動齒輪是空心軸，軸上沒有用來吊裝的螺紋孔，無法測量大游隙，且出于箱體結構原因，側隙測量時傳動軸不是固定住的，在測量時會由于傳動軸的輕微轉動導致測量數據不準確。分析箱體結構以及測量間隙的條件，可以用工裝來滿足條件。

(3)造成V型橡膠堆組裝瓶頸的主要原因是其自由高度比齒輪箱上卡槽的高度大，需要進行壓縮后組裝，而靠人力壓縮組裝很難達到理想的效果，必須將V型橡膠堆提前預壓縮以解決組裝瓶頸。

2.2 組裝工藝創新方法

(1)利用油壓機的壓力使二級主動齒輪端面與軸肩的間隙達到合格范圍的主要步驟就是注油。但是該齒輪箱中間軸結構特殊，由于注油孔位置空間較小，用正常的垂直注油接頭注油時，會產生干涉，易導致注油過程中油管破裂等現象，以致注油失敗。對零件的結構特點進行分析，創新設計出專用注油接頭，該注油接頭由水平部分和豎直部分組成，注油時，一端連接注油螺栓孔，一端連接注油管，此時注油管是水平狀態，可放心注油，如圖5所示。壓力達到要求時將大齒輪扶正，利用油壓機的壓力使齒輪端面與軸肩貼合，間隙達到合格范圍。

圖5 注油效果圖

(2)為了解決齒輪箱無法調大軸承游隙的尷尬處境，可以將空心軸部分架空，從電機側將空心軸托起，在車輪側調整大游隙。利用一個直徑略大于空心軸直徑的圓形輔助工裝，工裝中間有一個可以安裝吊環的螺紋孔。將該工裝置于空心軸電機的一側，找到合適的位置，用吊繩吊起，如圖6所示。將空心軸托起，即可精準地測量大軸承游隙。

圖6 大軸承游隙測量

(3)V型橡膠堆的組裝難點在于其組裝長度。只需根據其結構來制作相應工裝壓縮其組裝長度。

首先，制作兩個小圓柱型的壓裝工裝和一個適合用來壓裝橡膠堆的U型工裝，將橡膠堆放在U型工裝上，利用油壓機的壓力將橡膠堆稍微壓縮(見圖7)。最后，將一個適當寬度的C型工裝放到橡膠堆上，將橡膠堆的組裝長度減小之后，只需要一個員工扶住C型工裝，就能將橡膠堆安裝在齒輪箱體的卡槽上(見圖8)。

圖7 橡膠堆壓裝圖

圖8 橡膠堆組裝圖

3 結論

新一代地鐵齒輪箱組裝難點和組裝瓶頸集中于中間軸組裝，側隙大游隙測量和V型橡膠堆組裝。經過對其瓶頸工序的分析，結合齒輪箱結構的分析，對其組裝工藝進行創新優化后，有效解決了中間軸大齒輪與軸肩處間隙大和大游隙無法準確測量以及V型橡膠堆安裝難度大等問題，消除了齒輪箱組裝的瓶頸工序。該組裝工藝的創新不僅解決了組裝瓶頸工序，保證了生產進度，也保證了齒輪箱的整體質量，并為類似結構齒輪箱的組裝提供了借鑒。