何沁沁,李世泉,段玉東,魏 來

（中車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412000）

0 引言

根據(jù)電力機(jī)車的輪對(duì)組裝工藝流程，在車軸上安裝完滾動(dòng)抱軸箱后，將對(duì)車輪進(jìn)行壓裝，輪對(duì)的內(nèi)側(cè)距等重要尺寸都將受車輪壓裝的影響，因此，車輪壓裝定位面的精準(zhǔn)與否，影響至關(guān)重要。

滾動(dòng)抱軸箱結(jié)構(gòu)輪對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的車輪壓裝定位面由抱軸箱軸領(lǐng)端面位置控制，車輪壓裝定位面位置影響著輪對(duì)內(nèi)側(cè)距、輪位差尺寸，決定了后續(xù)輪對(duì)壓裝的質(zhì)量。以某出口電力機(jī)車車型為例，軸領(lǐng)側(cè)車輪壓裝時(shí)需保證車輪輪轂孔端面貼緊軸領(lǐng)端面，檢測(cè)要求為0.03 mm 厚度塞尺不能貫穿1/2 周，因此軸領(lǐng)端面位置與車輪壓裝定位面緊密聯(lián)系，直接決定車輪壓裝質(zhì)量好壞。

在抱軸箱的組裝過程中，齒輪轂的定位尺寸、軸承游隙、非齒側(cè)軸承內(nèi)圈端面距離防塵座端面尺寸，是影響軸領(lǐng)端面位置最關(guān)鍵的幾個(gè)尺寸，進(jìn)而影響后續(xù)輪對(duì)壓裝質(zhì)量。該文將從這三個(gè)尺寸著手，探討車輪壓裝定位面的位置控制。

1 車輪壓裝定位面綜述

1.1 車輪壓裝定位面位置異常狀況及影響

根據(jù)技術(shù)條件要求，車輪壓裝的內(nèi)側(cè)距與輪位差具有較高尺寸精度要求，非齒側(cè)車輪定位面位置往往由軸領(lǐng)端面至防塵座距離所控制，如圖1 所示。若車輪定位面位置超差，將導(dǎo)致壓裝質(zhì)量問題，游隙偏小問題。

圖1 軸領(lǐng)至防塵座端面距離

若L 偏小，在齒側(cè)車輪壓裝過程中，壓裝機(jī)行程未走完，車輪已頂住抱軸箱軸領(lǐng)，由于車輪壓裝力較大，將推動(dòng)軸領(lǐng)與非齒側(cè)軸承內(nèi)圈向齒側(cè)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致軸承游隙減小，軸承抱死，抱軸箱無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

若L 偏大，在齒側(cè)車輪壓裝過程，壓裝機(jī)行程已結(jié)束，車輪與軸領(lǐng)之間仍存在較大空隙，不符合組裝要求。若繼續(xù)壓裝車輪，將導(dǎo)致輪對(duì)內(nèi)側(cè)距與輪位差尺寸超差。

1.2 車輪壓裝不合格返工方案及風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)出現(xiàn)1.1 中所述車輪壓裝質(zhì)量問題時(shí)，須進(jìn)行退輪處理，并將抱軸箱拆解后重新組裝，恢復(fù)軸承游隙或改變調(diào)整墊尺寸，直到車輪壓裝定位面位置合格。由于退輪過程中容易出現(xiàn)車輪內(nèi)孔漲大、車軸車輪拉傷等質(zhì)量問題，造成車軸、車輪報(bào)廢等后果，因此要盡量避免退輪返工情況的發(fā)生，而這就需要對(duì)組裝過程進(jìn)行更加嚴(yán)格的把控。

1.3 車輪壓裝定位面位置影響因素

1.3.1 齒輪轂定位尺寸

齒輪轂熱套作為輪對(duì)組裝的第一道工序，齒輪轂定位尺寸的重要性不言而喻。齒輪轂熱套過程中通過熱套定位臺(tái)以及軸頭定位保護(hù)套對(duì)齒輪轂安裝位置進(jìn)行限定，組裝完成后對(duì)齒輪轂安裝尺寸進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于尺寸超差的齒輪轂裝配采用注油的方式調(diào)整齒輪轂位置。

在組裝生產(chǎn)前，根據(jù)熱套定位臺(tái)、車軸、齒輪轂的軸向尺寸，精確計(jì)算軸端定位保護(hù)套的尺寸，并制作相應(yīng)工裝，就能夠?qū)X輪轂定位尺寸做到精準(zhǔn)控制。

1.3.2 抱軸承游隙

滾動(dòng)抱軸結(jié)構(gòu)采用兩套單列圓錐滾子軸承，其安裝剛度好，有利于提高齒輪的嚙合精度，為保證軸承長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，軸承的安裝精度較高，須嚴(yán)格控制軸承游隙值。

軸承游隙的作用是保證軸承得以靈活無阻滯地運(yùn)轉(zhuǎn)，要求同時(shí)應(yīng)滿足保證軸承運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，軸承軸線沒有顯著沉降，承擔(dān)載荷的滾動(dòng)體數(shù)目應(yīng)盡可能多等要求[1]。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)抱軸箱軸承游隙的精準(zhǔn)控制，通常采用百分表對(duì)游隙值進(jìn)行測(cè)量：安裝非齒側(cè)軸承內(nèi)圈及軸領(lǐng)后，用電子秤將抱軸箱提起規(guī)定重量F后，采用百分表對(duì)間隙進(jìn)行測(cè)量，并記錄相應(yīng)數(shù)值[2]。

當(dāng)抱軸承游隙超差時(shí)，采用以下兩種方法對(duì)抱軸承游隙進(jìn)行調(diào)整：

（1）若測(cè)量的軸承間隙大于最大值，利用軸承游隙調(diào)整工裝均勻敲擊非傳動(dòng)端抱軸承端面推壓抱軸承內(nèi)圈調(diào)整抱軸承游隙。然后重新測(cè)量軸承游隙。

（2）若測(cè)量的軸承間隙小于最小值，更換調(diào)整墊，計(jì)算調(diào)整墊尺寸，保證更換后游隙合格。

抱軸箱調(diào)整墊計(jì)算公式：

式中，A——應(yīng)調(diào)整量；B——實(shí)際游隙值；C——游隙值范圍；D——新墊尺寸；F——舊調(diào)整墊尺寸。

根據(jù)以往組裝經(jīng)驗(yàn)，通過以上兩種方法，能夠穩(wěn)定控制軸承游隙值。

1.3.3 軸領(lǐng)端面位置

軸領(lǐng)端面位置即最終的車輪壓裝定位面，該位置的合格與否對(duì)車輪的壓裝質(zhì)量起決定作用，軸領(lǐng)作為抱軸箱組裝的最后一個(gè)零部件，軸領(lǐng)端面位置必須做到精準(zhǔn)把控。

當(dāng)前，抱軸箱結(jié)構(gòu)車型的軸領(lǐng)端面位置尺寸的測(cè)量方法為安裝完軸領(lǐng)，待其冷卻后，測(cè)量軸領(lǐng)至車軸防塵座距離，通過對(duì)該尺寸進(jìn)行調(diào)整與精準(zhǔn)把控，對(duì)車輪壓裝止擋面位置進(jìn)行控制，如圖1 所示。

若軸領(lǐng)端面位置超差，采用更換調(diào)整墊的方式對(duì)該位置進(jìn)行調(diào)整：根據(jù)公式（1）（2）和已測(cè)得的舊調(diào)整墊尺寸F以及軸領(lǐng)至防塵座端面距離C，計(jì)算新調(diào)整墊尺寸，需保證更換后軸領(lǐng)端面位置合格。

2 抱軸箱組裝控制難點(diǎn)分析

2.1 抱軸箱組裝尺寸過程跟蹤

為準(zhǔn)確反映抱軸箱組裝過程中尺寸不穩(wěn)定的現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)了221#～227#輪對(duì)軸領(lǐng)至車軸端面距離如表1。

表1 輪對(duì)軸領(lǐng)至車軸端面距離 /mm

六列車30 個(gè)輪對(duì)的軸領(lǐng)端面位置波動(dòng)較大，最大有0.7 mm 的偏差。尺寸超差現(xiàn)象明顯，調(diào)整墊尺寸在3.3～4.3 mm 范圍內(nèi)無規(guī)律變化，返工量大。

因此可以看出，該車型的組裝尺寸控制困難，為更好的把控組裝過程質(zhì)量，這一問題亟須得到解決。

2.2 抱軸箱結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)以上問題，現(xiàn)從抱軸箱結(jié)構(gòu)入手，找到尺寸控制方法。將所有對(duì)軸領(lǐng)至軸端距離L有影響的零部件尺寸均考慮在內(nèi)：

根據(jù)尺寸鏈計(jì)算公式：

式中，組成環(huán)數(shù)為m，共有n個(gè)增環(huán)，m-n個(gè)減環(huán)；A0為封閉環(huán)的基本尺寸；Ai為組成環(huán)的基本尺寸。

將零部件尺寸代入以上公式，對(duì)調(diào)整墊尺寸進(jìn)行計(jì)算。

求得調(diào)整墊尺寸：d=3.893～6.557 mm。

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，調(diào)整墊尺寸在3.893～6.557 mm范圍內(nèi)變化均為正?，F(xiàn)象，而該車型的實(shí)際調(diào)整墊尺寸需加工到3.3 mm 或3.8 mm 才能滿足組裝尺寸要求，該尺寸不在正常范圍內(nèi)。

3 車輪壓裝定位面位置控制方法探究

3.1 組裝件尺寸測(cè)量

由于影響組裝尺寸的因素較多，調(diào)查分析工作量大，因此結(jié)合抱軸箱結(jié)構(gòu)，首先對(duì)絕大部分影響力微弱的尺寸進(jìn)行普查，其后對(duì)關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量并跟蹤其安裝狀態(tài)。這樣既能保證不漏檢，同時(shí)有重點(diǎn)地進(jìn)行尺寸跟蹤。

3.1.1 組裝件尺寸普查

首先對(duì)抱軸箱組裝的零配件尺寸進(jìn)行測(cè)量，檢查是否存在某一零部件的加工誤差造成尺寸超差。所測(cè)尺寸包括抱軸箱體長(zhǎng)度、軸承座深度、軸承座內(nèi)徑等；齒側(cè)與非齒側(cè)密封環(huán)、軸領(lǐng)的所有加工尺寸；齒側(cè)與非齒側(cè)軸領(lǐng)所有尺寸。測(cè)量發(fā)現(xiàn)各零配件加工尺寸均符合技術(shù)要求，由此排除零配件尺寸不合格的因素。

3.1.2 關(guān)鍵尺寸跟蹤測(cè)量

排除零配件尺寸因素后，結(jié)合抱軸箱結(jié)構(gòu)，認(rèn)為對(duì)軸承游隙尺寸影響最大的幾個(gè)關(guān)鍵尺寸分別為：齒側(cè)軸承座深度、抱軸箱體長(zhǎng)度及軸承尺寸，經(jīng)過對(duì)數(shù)十個(gè)抱軸箱進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量跟蹤，發(fā)現(xiàn)這些關(guān)鍵尺寸均符合技術(shù)要求，由此排除抱軸箱體關(guān)鍵尺寸不合格的問題。

3.1.3 抱軸箱組裝異常情況調(diào)查

在一個(gè)抱軸箱組裝過程中，出現(xiàn)齒側(cè)密封環(huán)隨抱軸箱向上運(yùn)動(dòng)的異常情況，分析原因可能為抱軸箱安裝不到位，抱軸箱與齒側(cè)密封環(huán)安裝面之間具有較大距離。

將該輪對(duì)抱軸箱拆解，發(fā)現(xiàn)與其他正常抱軸箱相比，齒側(cè)軸承外圈安裝狀態(tài)明顯與其他抱軸箱不同。

使用塞尺對(duì)軸承外圈與軸承座之間的縫隙進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)大于技術(shù)要求中的0.03 mm，由此可以判斷以上問題是由于軸承外圈未安裝到位所致。將軸承外圈拔出后，對(duì)軸承外圈外徑、軸承座內(nèi)徑、軸承座深度等進(jìn)行測(cè)量，最終發(fā)現(xiàn)在某一深度的一定角度范圍內(nèi)，該處軸承座內(nèi)徑尺寸超差。

分析原因是該處焊后重新加工，由于面積較小，不經(jīng)過仔細(xì)測(cè)量難以發(fā)現(xiàn)該處尺寸問題。而軸承外圈與軸承座為過盈配合，軸承外圈外徑尺寸為336.55（+0.05～0）mm，軸承座內(nèi)徑尺寸為336.55（0～-0.05）mm。焊疤的存在導(dǎo)致軸承外圈無法安裝到位，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)導(dǎo)致抱軸箱無法正常安裝。

3.1.4 改進(jìn)措施

由于焊疤的存在難以測(cè)量到，為保證后續(xù)正常安裝，采取外圈安裝完畢后使用塞尺對(duì)軸承外圈與抱軸箱之間間隙進(jìn)行測(cè)量的方式，保證軸承外圈能夠安裝到位。通過這一工序，抱軸箱組裝尺寸得到較好控制，安裝后尺寸均在正常范圍內(nèi)，調(diào)整墊更換次數(shù)減少。

3.2 非齒側(cè)軸承內(nèi)圈及軸領(lǐng)安裝問題探究

3.2.1 增加測(cè)量環(huán)節(jié)

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)組裝的長(zhǎng)期觀察，在軸領(lǐng)至軸端距離測(cè)量的基礎(chǔ)上增加了非齒側(cè)軸承內(nèi)圈至軸端距離的測(cè)量過程，即在安裝軸領(lǐng)前對(duì)尺寸進(jìn)行把控，將兩個(gè)位置所測(cè)尺寸進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)軸領(lǐng)安裝前后尺寸變化較大，遠(yuǎn)大于軸領(lǐng)厚度尺寸公差范圍24（+0.1～0），根據(jù)這一異?，F(xiàn)象分析認(rèn)為軸承內(nèi)圈與軸領(lǐng)均為電磁感應(yīng)加熱后安裝，出現(xiàn)安裝不平穩(wěn)的現(xiàn)象，冷卻后軸承內(nèi)圈、軸領(lǐng)與軸的同軸度無法保證。

3.2.2 四點(diǎn)定點(diǎn)測(cè)量

為驗(yàn)證這一想法，現(xiàn)場(chǎng)取五個(gè)輪對(duì)，在組裝抱軸箱時(shí)，對(duì)軸領(lǐng)安裝前后尺寸進(jìn)行跟蹤測(cè)量并記錄。測(cè)量方法：取均勻四點(diǎn)測(cè)量非齒側(cè)軸承內(nèi)圈到軸端距離L1，在同樣的四點(diǎn)測(cè)量軸領(lǐng)尺寸L2，按照標(biāo)記好的位置將軸領(lǐng)安裝到位，在對(duì)應(yīng)四點(diǎn)位置測(cè)量軸領(lǐng)到軸端距離L3，測(cè)量結(jié)果如表2。

表2 四點(diǎn)定點(diǎn)測(cè)量結(jié)果 /mm

軸領(lǐng)安裝之前和之后，同一輪對(duì)四點(diǎn)之間均存在0.2～0.3 mm 的偏差。

由此證實(shí)前述推斷：軸承內(nèi)圈與軸領(lǐng)均存在安裝不平穩(wěn)的現(xiàn)象。

3.2.3 改進(jìn)措施

對(duì)于齒側(cè)軸承內(nèi)圈，采用的是軸承保壓的方式保證軸承安裝到位，而對(duì)于非齒側(cè)軸承內(nèi)圈，若采用保壓方式將造成軸承內(nèi)圈與外圈壓緊，軸承之間無游隙，軸承無法轉(zhuǎn)動(dòng)，因此軸承保壓無法直接用于非齒側(cè)軸承。

為同時(shí)保證軸承游隙值以及軸承內(nèi)圈平穩(wěn)安裝，現(xiàn)將調(diào)整墊增加0.25 mm，安裝完非齒側(cè)軸承內(nèi)圈后進(jìn)行軸承保壓，保證軸承安裝平穩(wěn)，待軸承內(nèi)圈冷卻后，更換為正常調(diào)整墊，重新將非齒側(cè)軸承外圈安裝到位，以此保證軸承游隙值。通過這一方法有效控制了軸承內(nèi)圈安裝精度，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

在軸領(lǐng)安裝完成后采用小于5 kN的力進(jìn)行軸領(lǐng)保壓，既保證安裝平穩(wěn)度又要防止因保壓力過大造成軸承游隙減小。

隨軸承及軸領(lǐng)安裝精度的提高，軸領(lǐng)端面位置得到有效控制，提高了車輪壓裝質(zhì)量。

4 結(jié)語

該文對(duì)抱軸箱結(jié)構(gòu)的車輪壓裝定位面位置控制方法進(jìn)行深度研究，闡述了車輪定位壓裝面位置的重要性，探討了車輪壓裝定位止擋面與抱軸箱組裝尺寸的關(guān)聯(lián)，分析了抱軸箱組裝過程中齒輪轂定位面、軸承游隙以及軸領(lǐng)端面位置對(duì)車輪定位止擋面的影響以及相應(yīng)的尺寸控制措施。

以某出口電力機(jī)車車型為例，對(duì)抱軸箱組裝過程中的難點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行剖析，對(duì)軸領(lǐng)端面距離的控制方法進(jìn)行研究探討。跟蹤抱軸箱組裝尺寸，提出南非車型抱軸箱組裝過程中尺寸控制難點(diǎn)。結(jié)合車型結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)整墊尺寸進(jìn)行計(jì)算，為后續(xù)滾動(dòng)抱軸箱結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置尺寸控制方式提供借鑒。