机车齿轮箱接口尺寸精度优化与装配研究

魏川朋 苏志敏 刘亚庆

（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

机车齿轮箱接口尺寸的设计以及加工过程对齿轮箱的装配质量以及行车过程中传动安全至关重要。本文基于一款齿轮箱在装车过程中遇到的装配问题，对生产过程中影响装配的几种因素进行深入分析，并有针对性地进行改善、优化以及验证。

一、装配问题描述

该齿轮箱的上下箱均为薄壁钣金焊接结构，箱体焊接完成后机加合面、领圈以及安装孔。上下箱体之间通过圆柱销定位，采用16 个M12 螺栓连接。该齿轮箱为非承载式结构，其安装方式采用悬挂式，通过下箱电机侧1 个螺座以及合面左侧法兰上1 个安装孔用螺栓刚性地固定于电机和抱轴箱的端部。首批交付的部分齿轮箱下箱产品在装配现场发生问题：在安装悬挂支撑紧固孔螺栓时，特制气动扭矩扳手适配器与悬挂支撑一侧加强筋干涉，无法按照要求打扭矩。全面检查已发货的60 件产品，40%的产品螺座安装孔在齿轮箱长度方向偏离中心5.0—7.5mm。按照装配现场实际情况，螺座孔在箱体长度方向偏移应不大于3.0mm。

二、问题分析与讨论

结合齿轮箱的产品结构以及工艺流程（图1），影响螺座悬挂装配的因素包括产品结构设计、焊接定位、焊接变形、去应力回火变形、机加质量控制等方面。依据因果图分析法，考虑到焊接变形、去应力回火以及整形等因素在长度方向对该装配尺寸的影响有限，因此选取产品结构设计、箱体焊接质量、悬挂螺座焊接质量、钻模钻孔等为主要影响因素进行分析改进。

图1 生产工艺流程图

（一）产品结构设计

该齿轮箱焊接图纸要求箱体各组件的拼焊以合面右端面为定位基准。箱体长度1335.4mm，按内部未注尺寸公差规范中“VC”等级控制，查规范知焊接箱体长度公差范围为±6.25mm。箱体拼焊完成后，螺座的焊接使用与箱体拼焊同一基准及公差等级，螺座中心距基准面174.6mm，其焊后在箱体长度方向公差范围为±1.25mm。该齿轮箱机加图纸中，机加基准为箱体合面左端面，以此加工合面安装孔、螺座安装孔，所有安装孔位置公差Ф0.5mm。结合焊接图纸以及机加工图纸设计公差，允许螺座安装孔允许箱体在长度方向出现8mm 的累计偏移。

（二）焊接定位控制

箱体拼焊以及螺座焊接在焊接工装上完成，箱体长度方向上合面左右端板采用紧贴箱体尾板方式定位，螺座采用以合面右端面划线定位。由于合面各法兰板、尾板在焊接工装上拼接固定力度不同，测得箱体焊后合面长度变差最大为6mm。检查焊接工装发现，箱体长度方向缺少限位措施，目前子部件按照“贴紧”方式定位会导致箱体长度出现较大变差，该变差在钻孔工序导致安装孔的位置出现偏移。

（三）钻孔质量控制

在钻模钻孔工序，钻模定位以合面左端面定位，所有安装孔一次性完成加工。经检测，钻模各孔位置度小于Ф0.1mm，满足设计要求。但根据程序（2）分析验证，焊后箱体合面在长度方向存在较大变差，而钻模定位基准为合面左端面，定位基准的偏移将导致齿轮箱上所有安装孔出现整体偏移。

综上，本次齿轮箱安装问题的根本原因如下：

1.螺座焊接采用箱体合面右侧法兰定位，而所有安装孔定位间接采用左侧法兰端面定位，定位基准不统一。齿轮箱在分别满足焊接和机加图纸要求的情况下，出现无法装车的质量问题。

2.箱体焊接工装对合面左右法兰板没有限位措施，导致箱体长度方向因焊接定位因出现较大波动，长度方向的波动导致焊接以及机加基准产生偏移，进而导致螺座安装孔出现导致无法安装的偏心。

我们在设计图纸、焊接工装两个方面均采取了改进措施：

1.设计改进方面统一焊接以及机加设计图纸基准：将箱体焊接、螺座焊接以及机加基准统一为箱体合面左端面，减少螺座焊接以右端面为基准导致的公差累计。

2.焊接过程改进方面，为进一步减少焊后箱体长度方向变差，在焊接工装两端增加合面左右端板限位块。在拼焊前，通过左右端板端面与限位块端面调整对齐的措施，固定螺座定位基准以及机加定位基准，并减少箱体总长度变差。在焊接工装上以左侧限位块为基准，增加螺座定位装置，并通过定时清理定位装置上焊渣措施，确保定位精度控制在0.5mm 以内。

在以上改进措施实施到位后，通过对样件试制以及随后60 件下箱小批量生产阶段螺座安装孔位置进行持续性的数据测量，悬挂支撑安装孔偏移均成功控制在2.5mm以内，满足将偏移控制在3.0mm 以内的目标。

三、结论与展望

通过设计基准、焊接基准、加工基准的选择优化以及工装的相应改进，齿轮箱螺座安装孔偏移问题在小批量生产得到圆满解决，改进后的所有齿轮箱均顺利通过装车验证，取得了预期的效果。近年来，自动化焊接技术由于其高精度、高质量以及可靠性优势在轨道交通领域的可靠应用越来越广泛，也为齿轮箱大批量生产同时满足高质量要求带来新的研究方向。