出口窄軌機(jī)車異步牽引電機(jī)內(nèi)錐軸與小齒輪裝配技術(shù)研究

郭晏麟， 馬千柱， 劉晨曉， 楊　坤

（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司， 山西　永濟(jì)　044502）

引言

出口窄軌機(jī)車軌距一般為1 m左右，懸掛在輪對(duì)之間的異步牽引電機(jī)軸向空間很有限。當(dāng)齒輪箱傳動(dòng)比較大時(shí)，電機(jī)小齒輪的直徑較小，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸從機(jī)械強(qiáng)度上考慮已經(jīng)不允許采用外錐軸結(jié)構(gòu)，多使用內(nèi)錐軸或齒輪軸結(jié)構(gòu)。若采用齒輪軸，當(dāng)小齒輪磨損或燒灼時(shí)將導(dǎo)致電機(jī)更換轉(zhuǎn)軸，電機(jī)全壽命周期維護(hù)成本較高，因此內(nèi)錐軸結(jié)構(gòu)應(yīng)用日益廣泛。不同于國內(nèi)常用的外錐軸連接，內(nèi)錐軸與小齒輪壓裝和電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承關(guān)系密切，不僅要考慮過盈量以滿足驅(qū)動(dòng)負(fù)荷的要求，還需重點(diǎn)考量過盈壓裝對(duì)軸承安裝的影響。

1　技術(shù)分析

圓錐過盈聯(lián)接傳遞載荷是利用材料彈性變形的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，在結(jié)合面間產(chǎn)生壓力，靠與此壓力相伴的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。這種聯(lián)接的結(jié)構(gòu)簡單，定心性好，承載能力高，承受變載和沖擊的性能好，且圓錐面過盈聯(lián)接時(shí)壓合距離短，裝拆方便。

小齒輪壓裝時(shí)，首先要考慮推進(jìn)量，推進(jìn)量決定了過盈量，直接影響傳遞負(fù)荷的大小和是否發(fā)生塑性變形。其次須兼顧轉(zhuǎn)軸軸承位外圓膨脹變形對(duì)軸承內(nèi)圈過盈配合的影響以及對(duì)軸承安裝游隙的減小。因此，在壓裝工藝過程中，需要同時(shí)監(jiān)控的量值包括推進(jìn)量、轉(zhuǎn)軸軸承位外圓變形量和軸承內(nèi)圈外徑變化量，工藝比較復(fù)雜，檢測(cè)設(shè)備要求高，可操作性不佳。

現(xiàn)考慮通過壓裝工藝驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析，推理出實(shí)際壓裝過程中各個(gè)量值的變化規(guī)律，最終達(dá)到簡化工藝流程，僅控制推進(jìn)量在一定的范圍即可達(dá)到最佳的壓裝效果。

經(jīng)過前期的計(jì)算分析，電機(jī)推進(jìn)量范圍取3.8～6.2 mm之間，此時(shí)過盈量（錐度1∶20，過盈量0.19～0.31 mm）既可以滿足載荷傳遞需求又能夠保證聯(lián)接件不發(fā)生塑性變形。下面采用最直觀有效的現(xiàn)場(chǎng)壓裝試驗(yàn)進(jìn)行分析論證。

2　壓裝工藝驗(yàn)證

壓裝過程：用自然力將小齒輪推入轉(zhuǎn)軸內(nèi)錐孔內(nèi)，再用專用壓裝設(shè)備將小齒輪推進(jìn)一定尺寸（≥3.988mm），保壓1h后，檢測(cè)小齒輪推進(jìn)量，并記錄數(shù)值。

為了得到壓裝過程中小齒輪推進(jìn)量和轉(zhuǎn)軸軸承位外圓變化、軸承徑向安裝游隙變化之間的關(guān)系，需要分兩次進(jìn)行壓裝驗(yàn)證。

2.1　驗(yàn)證壓裝配合對(duì)轉(zhuǎn)軸軸承位外徑的影響情況

只在轉(zhuǎn)軸外圓上安裝軸承擋圈壓裝小齒輪（如圖1所示），試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1　裸軸加擋圈測(cè)量轉(zhuǎn)軸軸承位外徑尺寸

圖1　裸軸加擋圈測(cè)量轉(zhuǎn)軸軸承位外徑變化情況

2.2　驗(yàn)證壓裝配合對(duì)軸承徑向游隙的影響情況

安裝端蓋、NU軸承及軸承擋圈后壓裝小齒輪（如圖2所示），試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2　安裝端蓋和軸承后測(cè)量軸承徑向游隙

圖2　安裝端蓋和軸承后測(cè)量軸承徑向游隙

3　綜合分析

將表1和表2數(shù)據(jù)繪圖比對(duì)分析，如圖3：

圖3　壓裝數(shù)據(jù)分析圖

由圖3可知，兩曲線相交于推進(jìn)量為4.44 mm時(shí)，轉(zhuǎn)軸外徑為Φ159.88+0.15=Φ160.03 mm，處于推薦公差的下限；軸承安裝游隙為0.09 mm，符合安裝游隙要求。當(dāng)推進(jìn)量為4.59 mm時(shí)，轉(zhuǎn)軸外徑為Φ160.06 mm，接近推薦公差的上限；軸承安裝游隙為0.085 mm，亦符合要求。因此，確定最佳推進(jìn)量為4.44～4.6 mm。

4　結(jié)語

通過實(shí)際工藝驗(yàn)證和理論分析，得出最佳推進(jìn)量。在此范圍內(nèi)壓裝小齒輪，既可以保證軸承內(nèi)圈的過盈配合，又可以保證軸承的安裝游隙在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)在很大程度上降低了工藝難度。

此項(xiàng)研究成果已經(jīng)先后在出口南非、新西蘭兩種內(nèi)燃交流機(jī)車異步牽引電機(jī)上采用，均順利通過單電機(jī)負(fù)載試驗(yàn)和實(shí)際線路運(yùn)行考核，運(yùn)行良好，未發(fā)生過小齒輪遲緩或滑輪現(xiàn)象。