彭海萍，毛曉軍，楊學軍，陳東彪，顏黎明

（中車株洲電機有限公司，株洲 412001）

引言

軌道交通機車電機是整個機車的動力源，是機車安全運行的關鍵命脈，驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性是影響走行部安全的關鍵因素。伴隨著機車朝著大功率、高速重載方向發(fā)展，驅(qū)動系統(tǒng)的加工工藝發(fā)展已成為走行部驅(qū)動系統(tǒng)可靠性的主導因素。

近年來，隨著大功率和諧型機車引進，牽引電機傳動端軸承廣泛采用與齒輪箱共油飛濺潤滑，驅(qū)動系統(tǒng)潤滑由傳統(tǒng)的“齒輪/軸承獨立潤滑”轉(zhuǎn)變?yōu)榧扔械摹褒X輪/軸承混合潤滑”。針對中國南北氣候差異復雜及沙塵、大坡道、重載高速等惡劣工況的運行環(huán)境，潤滑方式的改變給驅(qū)動系統(tǒng)中電機轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔對應的小齒輪油槽位置處的設計和加工工藝可靠性帶來全新課題。

例如，某型大功率貨運機車電機在檢修過程中，發(fā)現(xiàn)在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔對應的小齒輪油槽位置處，出現(xiàn)整圈壓痕，部分壓痕已經(jīng)發(fā)展成為微裂紋，對電機的使用產(chǎn)生了嚴重的安全隱患。因此，如何有效的修復壓痕，保證電機驅(qū)動系統(tǒng)恢復正常運行，成為了一個亟待解決的課題。

1 壓痕修磨工藝優(yōu)化

某型機車驅(qū)動系統(tǒng)中小齒輪結(jié)構(gòu)如圖1所示，小齒輪裝配在牽引電機轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔中，在牽引電機長期高速重載負荷運行過程中，小齒輪外表面的油槽（如圖1中I處）也長期與電機轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔表面磨合，常常發(fā)現(xiàn)在電機轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐面上會產(chǎn)生一條7~8 mm寬、深約0.1 mm的壓痕。

圖1 某型機車小齒輪結(jié)構(gòu)圖

1.1 基本要求

如圖2所示，為了消除電機轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐面上的壓痕（圖2中Ⅱ處），通常都是采用仿形磨削的加工方式，基本要求如下：

1）為了最大限度消除應力集中，轉(zhuǎn)子磨削后的輪廓應光滑無尖棱，且應完全包含壓痕；

2）考慮對刀、尺寸公差等影響，可將轉(zhuǎn)子壓痕處擬修磨的輪廓設計成有效寬約12，深約0.3，在兩側(cè)用R4的凹、凸圓角進行連續(xù)相切過渡的去應力的圓弧槽；

3）粗糙度要求保證在Ra 1.6以上。

1.2 修磨工藝分析

本文中修磨工藝采用的設備是深孔內(nèi)圓磨床，用定制尺寸的長刀桿配合定制砂輪，伸入電機轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔壓痕處進行磨削，加工示意圖如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔修磨示意圖

仿形磨削中的仿形板是根據(jù)圖2中，擬修磨去應力圓弧槽的尺寸要求制作而成的，將仿形板固定在機床床身上，加裝在金剛筆一側(cè)，金剛筆通過一側(cè)的走形裝置帶動，走出仿形板的形狀，使得砂輪表面通過金剛筆的修磨達到需要的形狀要求[1]，如圖4所示。

圖2 電機軸與小齒輪軸配合處擬修磨的去應力圓弧槽

圖4 仿形裝置示意圖

當去應力圓弧槽形狀設計要求有變化時，可以通過更換對應形狀的仿形板，再次滿足砂輪外輪廓的成型修整。

1.3 存在的問題

通過分析發(fā)現(xiàn)，采用上述修磨工藝，在實際中遇到了以下幾個問題：

1）走形裝置在日常作業(yè)中，與仿形板來回接觸的尖棱會產(chǎn)生磨耗，逐漸成扁平狀，再進行走形時，金剛筆修磨出的砂輪上的R4圓角會產(chǎn)生失真，導致轉(zhuǎn)子修磨后的去應力圓弧槽圓角失真[2]。

2）因制作的仿形板寬度就是去應力圓弧槽的寬度，在磨削過程中，砂輪只需徑向進刀，無需軸向走刀，就能得到所需的圓弧槽輪廓，使得去應力圓弧槽槽底的粗糙度無法得到很大的提升。

3）砂輪在仿形磨削過程中，由于本身砂粒不斷被擠壓脫落，砂輪整體表面輪廓與理論不符，導致最終修磨的輪廓與理想曲線有區(qū)別。

4）修磨后，采用滴蠟的方式進行最后輪廓檢測，蠟塊冷卻成型后取出，去除左右兩側(cè)不規(guī)格輪廓，利用對刀儀進行投影，得到具體的輪廓信息。一方面由于滴蠟本身存在不穩(wěn)定性，員工個體的手工操作、周圍環(huán)境等導致取樣的差異較大，另一方面采用對刀儀進行投影時，只能分段擬合圓弧，整個輪廓較抽象，導致投影結(jié)果出現(xiàn)的不確定性增大。

1.4 解決方案

針對修磨工藝中存在的問題，可以采取以下的方案進行優(yōu)化解決：

1.4.1 方案1：圓角失真優(yōu)化

1）因尖角容易磨平，可將走形裝置上的尖棱更改為R1.5圓角，仿形板上相應的凹圓弧與凸圓弧，分別更改為R2.5與R5.5，如圖5所示，使金剛筆最終擬合出凹、凸圓弧均為R4的目標輪廓[2]。

圖5 圓角更改后的配合走形示意圖

2）優(yōu)化后，磨削完的去應力圓弧槽底出現(xiàn)了平緩的圓弧連接。用輪廓儀檢查圓角優(yōu)化前后圓弧槽輪廓，槽底的圓角變化見表1。

表1 圓角優(yōu)化前后的油槽圓弧

1.4.2 方案2：粗糙度改善優(yōu)化

為得到更低的表面粗糙度數(shù)值，將仿形板的有效寬度從12 mm修改為8 mm，如圖6所示，增加4 mm的軸向走刀。走刀方式的改變，使最后得到的粗糙度由Ra1.6提升至Ra1.0以下。

圖6 有效長更改后的仿形板

1.4.3 方案3：工序優(yōu)化

為解決磨削過程中砂粒不斷脫落，導致修磨輪廓出現(xiàn)偏差的問題，增加精磨工序，留精磨余量0.02~0.04 mm，重新用金剛筆修整砂輪成型后，再進行精磨，直至修復成型，優(yōu)化前后的工藝流程見表2，最后得到的去應力圓弧槽的輪廓更加貼近理論值。

表2 修磨工藝優(yōu)化前后對比

1.4.4 方案4：檢測方式優(yōu)化

因滴蠟投影結(jié)果的輪廓不清晰，擬合分析時產(chǎn)生的不確定性較大（見圖7），為了提高檢測結(jié)果的可靠性與重復精度，根據(jù)轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔修磨后的油槽位置與轉(zhuǎn)子±0.1內(nèi)，凹、凸圓角分別與兩側(cè)槽底、內(nèi)錐孔的的連接光滑連續(xù)。

圖7 滴蠟后采用對刀儀分段取樣的模糊輪廓

4）單個轉(zhuǎn)子去應力圓弧槽的檢測時間從之前的25 min/臺降低至7 min/臺，效率提升70 %。檢測結(jié)果的可靠性大大增加，使員工更全面的認識到實際加工的應力圓弧槽輪廓，并不斷進行優(yōu)化。的形狀特征，非標定制轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔表面輪廓檢測儀，輪廓檢測儀采用探針直接檢測被測物體輪廓的方式，測量過程簡單快速，測量結(jié)果精確明了，具體可見圖8。

圖8 輪廓儀檢測應力圓弧槽結(jié)果

2 結(jié)論

經(jīng)過上述優(yōu)化措施后，電機轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔去應力圓弧槽的加工質(zhì)量的穩(wěn)定性與檢測效率得到了顯著的提升：

1）應力變化較大的兩側(cè)R4圓角更貼近加工要求，消除了小圓角或尖棱過渡的情況，應力變化得到了有效的控制，使電機轉(zhuǎn)軸的使用壽命大幅增加。

2）槽底粗糙度得到了有效提升，通過增加軸向走刀的磨削方式，粗糙度達到了Ra1.0以下，有效的降低了磨削的表面應力。

3）檢測出的應力槽輪廓與理想輪廓基本一致，圓角偏差在