機車齒輪箱接口尺寸精度優化與裝配研究

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計以及加工過程對齒輪箱的裝配質量以及行車過程中傳動安全至關重要。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構，箱體焊接完成后機加合面、領圈以及安裝孔。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構，其安裝方式采用懸掛式，通過下箱電機側1 個螺座以及合面左側法蘭上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品在裝配現場發生問題：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加強筋干涉，無法按照要求打扭矩。全面檢查已發貨的60 件產品，40%的產品螺座安裝孔在齒輪箱長度方向偏離中心5.0—7.5mm。按照裝配現場實際情況，螺座孔在箱體長度方向偏移應不大于3.0mm。

二、問題分析與討論

結合齒輪箱的產品結構以及工藝流程（圖1），影響螺座懸掛裝配的因素包括產品結構設計、焊接定位、焊接變形、去應力回火變形、機加質量控制等方面。依據因果圖分析法，考慮到焊接變形、去應力回火以及整形等因素在長度方向對該裝配尺寸的影響有限，因此選取產品結構設計、箱體焊接質量、懸掛螺座焊接質量、鉆模鉆孔等為主要影響因素進行分析改進。

圖1 生產工藝流程圖

（一）產品結構設計

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。箱體長度1335.4mm，按內部未注尺寸公差規范中“VC”等級控制，查規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及公差等級，螺座中心距基準面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。結合焊接圖紙以及機加工圖紙設計公差，允許螺座安裝孔允許箱體在長度方向出現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。檢查焊接工裝發現，箱體長度方向缺少限位措施，目前子部件按照“貼緊”方式定位會導致箱體長度出現較大變差，該變差在鉆孔工序導致安裝孔的位置出現偏移。

（三）鉆孔質量控制

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。經檢測，鉆模各孔位置度小于Ф0.1mm，滿足設計要求。但根據程序（2）分析驗證，焊后箱體合面在長度方向存在較大變差，而鉆模定位基準為合面左端面，定位基準的偏移將導致齒輪箱上所有安裝孔出現整體偏移。

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法蘭定位，而所有安裝孔定位間接采用左側法蘭端面定位，定位基準不統一。齒輪箱在分別滿足焊接和機加圖紙要求的情況下，出現無法裝車的質量問題。

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

我們在設計圖紙、焊接工裝兩個方面均采取了改進措施：

1.設計改進方面統一焊接以及機加設計圖紙基準：將箱體焊接、螺座焊接以及機加基準統一為箱體合面左端面，減少螺座焊接以右端面為基準導致的公差累計。

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整對齊的措施，固定螺座定位基準以及機加定位基準，并減少箱體總長度變差。在焊接工裝上以左側限位塊為基準，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。

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

三、結論與展望

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