機車齒輪箱接口尺寸精度優(yōu)化與裝配研究

魏川朋 蘇志敏 劉亞慶

（株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

機車齒輪箱接口尺寸的設(shè)計以及加工過程對齒輪箱的裝配質(zhì)量以及行車過程中傳動安全至關(guān)重要。本文基于一款齒輪箱在裝車過程中遇到的裝配問題，對生產(chǎn)過程中影響裝配的幾種因素進行深入分析，并有針對性地進行改善、優(yōu)化以及驗證。

一、裝配問題描述

該齒輪箱的上下箱均為薄壁鈑金焊接結(jié)構(gòu)，箱體焊接完成后機加合面、領(lǐng)圈以及安裝孔。上下箱體之間通過圓柱銷定位，采用16 個M12 螺栓連接。該齒輪箱為非承載式結(jié)構(gòu)，其安裝方式采用懸掛式，通過下箱電機側(cè)1 個螺座以及合面左側(cè)法蘭上1 個安裝孔用螺栓剛性地固定于電機和抱軸箱的端部。首批交付的部分齒輪箱下箱產(chǎn)品在裝配現(xiàn)場發(fā)生問題：在安裝懸掛支撐緊固孔螺栓時，特制氣動扭矩扳手適配器與懸掛支撐一側(cè)加強筋干涉，無法按照要求打扭矩。全面檢查已發(fā)貨的60 件產(chǎn)品，40%的產(chǎn)品螺座安裝孔在齒輪箱長度方向偏離中心5.0—7.5mm。按照裝配現(xiàn)場實際情況，螺座孔在箱體長度方向偏移應(yīng)不大于3.0mm。

二、問題分析與討論

結(jié)合齒輪箱的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及工藝流程（圖1），影響螺座懸掛裝配的因素包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接定位、焊接變形、去應(yīng)力回火變形、機加質(zhì)量控制等方面。依據(jù)因果圖分析法，考慮到焊接變形、去應(yīng)力回火以及整形等因素在長度方向?qū)υ撗b配尺寸的影響有限，因此選取產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、箱體焊接質(zhì)量、懸掛螺座焊接質(zhì)量、鉆模鉆孔等為主要影響因素進行分析改進。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

（一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

該齒輪箱焊接圖紙要求箱體各組件的拼焊以合面右端面為定位基準(zhǔn)。箱體長度1335.4mm，按內(nèi)部未注尺寸公差規(guī)范中“VC”等級控制，查規(guī)范知焊接箱體長度公差范圍為±6.25mm。箱體拼焊完成后，螺座的焊接使用與箱體拼焊同一基準(zhǔn)及公差等級，螺座中心距基準(zhǔn)面174.6mm，其焊后在箱體長度方向公差范圍為±1.25mm。該齒輪箱機加圖紙中，機加基準(zhǔn)為箱體合面左端面，以此加工合面安裝孔、螺座安裝孔，所有安裝孔位置公差Ф0.5mm。結(jié)合焊接圖紙以及機加工圖紙設(shè)計公差，允許螺座安裝孔允許箱體在長度方向出現(xiàn)8mm 的累計偏移。

（二）焊接定位控制

箱體拼焊以及螺座焊接在焊接工裝上完成，箱體長度方向上合面左右端板采用緊貼箱體尾板方式定位，螺座采用以合面右端面劃線定位。由于合面各法蘭板、尾板在焊接工裝上拼接固定力度不同，測得箱體焊后合面長度變差最大為6mm。檢查焊接工裝發(fā)現(xiàn)，箱體長度方向缺少限位措施，目前子部件按照“貼緊”方式定位會導(dǎo)致箱體長度出現(xiàn)較大變差，該變差在鉆孔工序?qū)е掳惭b孔的位置出現(xiàn)偏移。

（三）鉆孔質(zhì)量控制

在鉆模鉆孔工序，鉆模定位以合面左端面定位，所有安裝孔一次性完成加工。經(jīng)檢測，鉆模各孔位置度小于Ф0.1mm，滿足設(shè)計要求。但根據(jù)程序（2）分析驗證，焊后箱體合面在長度方向存在較大變差，而鉆模定位基準(zhǔn)為合面左端面，定位基準(zhǔn)的偏移將導(dǎo)致齒輪箱上所有安裝孔出現(xiàn)整體偏移。

綜上，本次齒輪箱安裝問題的根本原因如下：

1.螺座焊接采用箱體合面右側(cè)法蘭定位，而所有安裝孔定位間接采用左側(cè)法蘭端面定位，定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一。齒輪箱在分別滿足焊接和機加圖紙要求的情況下，出現(xiàn)無法裝車的質(zhì)量問題。

2.箱體焊接工裝對合面左右法蘭板沒有限位措施，導(dǎo)致箱體長度方向因焊接定位因出現(xiàn)較大波動，長度方向的波動導(dǎo)致焊接以及機加基準(zhǔn)產(chǎn)生偏移，進而導(dǎo)致螺座安裝孔出現(xiàn)導(dǎo)致無法安裝的偏心。

我們在設(shè)計圖紙、焊接工裝兩個方面均采取了改進措施：

1.設(shè)計改進方面統(tǒng)一焊接以及機加設(shè)計圖紙基準(zhǔn)：將箱體焊接、螺座焊接以及機加基準(zhǔn)統(tǒng)一為箱體合面左端面，減少螺座焊接以右端面為基準(zhǔn)導(dǎo)致的公差累計。

2.焊接過程改進方面，為進一步減少焊后箱體長度方向變差，在焊接工裝兩端增加合面左右端板限位塊。在拼焊前，通過左右端板端面與限位塊端面調(diào)整對齊的措施，固定螺座定位基準(zhǔn)以及機加定位基準(zhǔn)，并減少箱體總長度變差。在焊接工裝上以左側(cè)限位塊為基準(zhǔn)，增加螺座定位裝置，并通過定時清理定位裝置上焊渣措施，確保定位精度控制在0.5mm 以內(nèi)。

在以上改進措施實施到位后，通過對樣件試制以及隨后60 件下箱小批量生產(chǎn)階段螺座安裝孔位置進行持續(xù)性的數(shù)據(jù)測量，懸掛支撐安裝孔偏移均成功控制在2.5mm以內(nèi)，滿足將偏移控制在3.0mm 以內(nèi)的目標(biāo)。

三、結(jié)論與展望

通過設(shè)計基準(zhǔn)、焊接基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)的選擇優(yōu)化以及工裝的相應(yīng)改進，齒輪箱螺座安裝孔偏移問題在小批量生產(chǎn)得到圓滿解決，改進后的所有齒輪箱均順利通過裝車驗證，取得了預(yù)期的效果。近年來，自動化焊接技術(shù)由于其高精度、高質(zhì)量以及可靠性優(yōu)勢在軌道交通領(lǐng)域的可靠應(yīng)用越來越廣泛，也為齒輪箱大批量生產(chǎn)同時滿足高質(zhì)量要求帶來新的研究方向。