魏川朋 蘇志敏 劉亞慶

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

機(jī)車齒輪箱接口尺寸的設(shè)計(jì)以及加工過(guò)程對(duì)齒輪箱的裝配質(zhì)量以及行車過(guò)程中傳動(dòng)安全至關(guān)重要。本文基于一款齒輪箱在裝車過(guò)程中遇到的裝配問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中影響裝配的幾種因素進(jìn)行深入分析，并有針對(duì)性地進(jìn)行改善、優(yōu)化以及驗(yàn)證。

一、裝配問(wèn)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(jī)加合面、領(lǐng)圈以及安裝孔。上下箱體之間通過(guò)圓柱銷定位，采用16 個(gè)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(guò)下箱電機(jī)側(cè)1 個(gè)螺座以及合面左側(cè)法蘭上1 個(gè)安裝孔用螺栓剛性地固定于電機(jī)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(chǎng)發(fā)生問(wèn)題：在安裝懸掛支撐緊固孔螺栓時(shí)，特制氣動(dòng)扭矩扳手適配器與懸掛支撐一側(cè)加強(qiáng)筋干涉，無(wú)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(zhǎng)度方向偏離中心5.0—7.5mm。按照裝配現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，螺座孔在箱體長(zhǎng)度方向偏移應(yīng)不大于3.0mm。

二、問(wèn)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(jì)、焊接定位、焊接變形、去應(yīng)力回火變形、機(jī)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(zhǎng)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(jì)、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(jìn)行分析改進(jìn)。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

（一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(zhǎng)度1335.4mm，按內(nèi)部未注尺寸公差規(guī)范中“VC”等級(jí)控制，查規(guī)范知焊接箱體長(zhǎng)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(jí)，螺座中心距基準(zhǔn)面174.6mm，其焊后在箱體長(zhǎng)度方向公差范圍為±1.25mm。該齒輪箱機(jī)加圖紙中，機(jī)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(jī)加工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)公差，允許螺座安裝孔允許箱體在長(zhǎng)度方向出現(xiàn)8mm 的累計(jì)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(zhǎng)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(cè)得箱體焊后合面長(zhǎng)度變差最大為6mm。檢查焊接工裝發(fā)現(xiàn)，箱體長(zhǎng)度方向缺少限位措施，目前子部件按照“貼緊”方式定位會(huì)導(dǎo)致箱體長(zhǎng)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(cè)，鉆模各孔位置度小于Ф0.1mm，滿足設(shè)計(jì)要求。但根據(jù)程序（2）分析驗(yàn)證，焊后箱體合面在長(zhǎng)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(wèn)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(jī)加圖紙要求的情況下，出現(xiàn)無(wú)法裝車的質(zhì)量問(wèn)題。

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

我們?cè)谠O(shè)計(jì)圖紙、焊接工裝兩個(gè)方面均采取了改進(jìn)措施：

1.設(shè)計(jì)改進(jìn)方面統(tǒng)一焊接以及機(jī)加設(shè)計(jì)圖紙基準(zhǔn)：將箱體焊接、螺座焊接以及機(jī)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(jì)。

2.焊接過(guò)程改進(jìn)方面，為進(jìn)一步減少焊后箱體長(zhǎng)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(guò)左右端板端面與限位塊端面調(diào)整對(duì)齊的措施，固定螺座定位基準(zhǔn)以及機(jī)加定位基準(zhǔn)，并減少箱體總長(zhǎng)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(guò)定時(shí)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(jìn)措施實(shí)施到位后，通過(guò)對(duì)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(jìn)行持續(xù)性的數(shù)據(jù)測(cè)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(guò)設(shè)計(jì)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(jìn)，齒輪箱螺座安裝孔偏移問(wèn)題在小批量生產(chǎn)得到圓滿解決，改進(jìn)后的所有齒輪箱均順利通過(guò)裝車驗(yàn)證，取得了預(yù)期的效果。近年來(lái)，自動(dòng)化焊接技術(shù)由于其高精度、高質(zhì)量以及可靠性優(yōu)勢(shì)在軌道交通領(lǐng)域的可靠應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也為齒輪箱大批量生產(chǎn)同時(shí)滿足高質(zhì)量要求帶來(lái)新的研究方向。