李冬平　嚴(yán)綺林

（中車洛陽機車有限公司襄陽分公司，湖北襄陽　441105）

　　摘　要：根據(jù)某一段時間機車廠修后，16V240型柴油機傳動中間齒輪故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計，通過構(gòu)造原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、檢修組裝等方面分析了故障產(chǎn)生的主要原因，提出了解決問題的技術(shù)措施和改進(jìn)方法。

　　關(guān)鍵詞：16V240柴油機；中間齒輪；故障

　　1　問題的提出

　　16V240型柴油機傳動齒輪故障是DF4型內(nèi)燃機車柴油機易發(fā)生的嚴(yán)重故障之一。據(jù)統(tǒng)計，自2015元月前的一年半時間內(nèi)，我公司外機車齒輪故障據(jù)不完全記錄共發(fā)生25起，其中中間齒輪故障15起，過輪故障7起，泵傳動齒輪3起。傳動齒輪破損頻率加劇，故障幅度呈上升趨勢，給正常運輸生產(chǎn)秩序帶來了嚴(yán)重影響，也給公司的聲譽帶來了極壞的影響。中間齒輪傳動系統(tǒng)一經(jīng)出現(xiàn)破損故障，由于它在柴油機上受到安裝位置的限制（特別是中間齒輪），致使檢修恢復(fù)作業(yè)異常困難，需將控制端端板全部解體，并且要拆除曲軸上的硅油減震器后，才能接近到故障處所。這樣導(dǎo)致機車擴大修程，不僅要占用機務(wù)段的臺位，而且延長了故障機車的檢修停時，降低運用效率，同時還造成公司人力物力財力的大量損失。因此，全面分析此類故障原因，及時采取措施，防止和減少該類故障的發(fā)生十分必要。

　　2　故障原因分析

　　2.1構(gòu)造原理

　　中間齒輪裝配主要由中間齒輪、中間支架、滾動軸承、隔圈、壓蓋和螺母等組成，如圖1所示，且東風(fēng)4A、B、C、D、東風(fēng)7系列結(jié)構(gòu)完全一樣（該結(jié)構(gòu)于2004年進(jìn)行了設(shè)計改進(jìn)）。

　　2.2受力分析

　　中間齒輪裝配的安裝位置如圖2所示，它與左右側(cè)凸輪軸傳動齒輪裝配的后端一起安裝在柴油機控制端的垂直板上，左右側(cè)凸輪軸傳動齒輪裝配的前端由可調(diào)支撐固定，而中間齒輪裝配的前端無約束，形成了懸臂粱結(jié)構(gòu)。因為中間齒輪位于曲軸齒輪和左右側(cè)大介輪的中間，故此而得名。中間齒輪由曲軸齒輪驅(qū)動工作，不僅要受到傳動力矩的作用，而且要受到來自曲軸徑向力和軸向力的直接沖擊，使之產(chǎn)生附加的彎矩；同時又要帶動左右大介輪傳遞工作力矩，使附加彎矩的釋放受到限制，因此使中間齒輪裝配中的中間齒輪，滾動軸承和中間支架等零部件的工作條件較為苛刻。

　　2.3問題分析

　　2.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

　　（1）螺母與中間支架螺紋的設(shè)計為M64×1.5，并在距中間支架前端6mm處截面，沿水平和垂直兩個方向鉆有2×φ6.5的開口銷通孔。實際使用和檢修過程中，該兩個零件的螺紋將不可避免的出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，加之滾動軸承軸向移動量需要通過組裝進(jìn)行重新調(diào)整，勢必導(dǎo)致在標(biāo)準(zhǔn)力矩緊固下螺母的新緊固位置發(fā)生變化，難以對正中間支架上的開口銷孔。為了使螺母開槽與中間支架開口銷孔相對，勢必要重新調(diào)整墊片的厚度，給檢修帶來了不便。

　　（2）中間齒輪裝配與柴油發(fā)電機組的軸向移動量不匹配。制造組裝工藝要求中間齒輪裝配中的移動量a為0.10～0.25mm。柴油機曲軸自身的軸向移動量為0.25～0.35mm，即使柴油發(fā)電機組安裝后的軸向間隙也不小于0.18mm。曲軸的軸向移動量由曲軸止推環(huán)的止推面來限制，而中間齒輪裝配中的軸向移動量則由滾動軸承承受，因此軸向力對滾動體和保持架構(gòu)成直接威脅。因兩軸軸向移動量不完全一致，在曲軸齒輪直接驅(qū)動中間齒輪的嚙合工作狀態(tài)下，將導(dǎo)致曲軸軸向移動量尚未被限制住的那部分軸向力，也作用在中間齒輪裝配上，從而惡化了滾動軸承的工作條件。

　　（3）中間齒輪為懸臂式支架軸安裝形式，齒輪內(nèi)孔裝配有雙列背對背圓錐滾柱軸承，承受軸向和徑向負(fù)荷，用M64×1.5螺母對軸承進(jìn)行軸向定位預(yù)緊，大隔套定位軸承外圈，小隔套調(diào)整齒輪軸向間隙，及軸承的工作游隙。從其結(jié)構(gòu)特點看，懸臂式齒輪軸穩(wěn)定性差，在軸根R3退刀槽外容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，是整個支架軸Z薄弱的環(huán)節(jié)；支撐軸承采用雙列背對背圓錐滾柱軸承排列雖然傳動精度高，剛度大，結(jié)構(gòu)緊湊，但是又中間齒輪裝配結(jié)構(gòu)尺寸可知，兩個軸承外圈錐尖是相交的，支撐件工作時，因溫差影響，內(nèi)，外圈徑向膨脹量大于軸向膨脹量。工作游隙減少甚至消失，影響軸承性能。

　　2.3.2檢修組裝存在問題

　　（1）中間齒輪檢修裝配本身存在問題

　　一是軸承外圈與齒輪的配合沒有調(diào)整至間隙0.008mm到過盈0.032mm的標(biāo)準(zhǔn)范圍，軸承內(nèi)圈與軸的配合沒有調(diào)整至間隙0.002mm到過盈0.03mm的標(biāo)準(zhǔn)范圍：

　　二是軸承內(nèi)圈與軸臺肩未壓實，出現(xiàn)組裝間隙；

　　三是螺母與中間支架的M64×1.5螺紋出現(xiàn)拉傷，亂扣和缺損現(xiàn)象時，沒有得到恢復(fù)性的檢查；

　　四是滾動軸承軸向移動量a的調(diào)整未達(dá)到0.10mm～0.25的間隙要求標(biāo)準(zhǔn)。

　　（2）相關(guān)零部件的問題

　　一是各傳動齒輪的齒側(cè)間隙，端面不平齊度，齒輪支架與機體密貼度未達(dá)到組裝工藝要求；

　　二是曲軸自身的軸向移動量特別是柴油發(fā)電機組安裝后的軸向移動量未達(dá)到組裝工藝的要求；

　　三是中間齒輪軸承潤滑狀態(tài)差，柴油機自由端蓋內(nèi)設(shè)計布置了4根油管供油給齒輪嚙合潤滑，還有從端蓋彈性支撐上兩個潤滑油管給過輪軸承潤滑，然而沒有專門油管供油給中間齒輪軸承潤滑，中間齒輪支架軸的兩套軸承僅能得到齒輪飛濺來的機油，加上軸承組裝時臥嵌式，其端面有壓蓋和螺母，阻礙油流進(jìn)入軸承，因此能進(jìn)入軸承的機油比較少，根本保證不了軸承各摩擦副的有持續(xù)穩(wěn)定的油膜。

　　3　改進(jìn)及預(yù)防措施

　　（1）嚴(yán)格按照工藝要求檢修和組裝齒輪，特別注重：一是對齒輪齒形的檢測（測量其公法線）；二是對軸承和齒輪及齒輪軸選配組裝。

　　（2）裝配軸承時軸承內(nèi)圈與軸頸，外圈與齒輪必須進(jìn)行預(yù)熱裝配，但是溫度不超過100攝氏度，嚴(yán)禁用銅棒等直接敲擊軸承。

　　（3）制造工藝假軸檢驗和調(diào)整中間齒輪軸向間隙。中間齒輪軸向間隙內(nèi)控為0.12～0.15mm更為合理，減少沖擊載荷對軸承的損壞。

　　（4）在柴油機自由端蓋板內(nèi)側(cè)加裝供中間齒輪軸承潤滑的機油管，對中間齒輪軸承提供潤滑。可以直接在自由端蓋板內(nèi)側(cè)接頭體出鉆出一個￠5的油孔對中間齒輪潤滑。

　　（5）更換新式中間齒輪支架，解決其部分結(jié)構(gòu)性問題。（將軸端的螺母改為壓蓋式，并增設(shè)了3根M16×1.5的專用螺栓；中間支架也采取了增加墊圈措施）。

　　（6）裝配過程中保持工作場地及零部件的清潔。

　　4　結(jié)束語

　　自從實施以上措施和改進(jìn)后，我公司2015年上半年未出現(xiàn)一次中間齒輪故障，對保證修車質(zhì)量和運用取得了顯著效果。

　　參考文獻(xiàn)

　　1.成大先,主編.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.1.

　　2.鐵道部大連機車車輛工廠.240/275系列柴油機原理、結(jié)構(gòu)、維修及故障處理[Z].1989.