大齿轮注油扶正防位移装置设计

一、引言

大齿轮作为轨道交通装备齿轮箱的核心部件，其装配精度直接影响设备运行稳定性与寿命。传统热装工艺中，齿轮冷却后需进行端面跳动检测，若跳动量超差（如超过 ），需通过高压注油调整齿轮位置。然而，单侧注油产生的非对称油压易引发齿轮位移，导致定位尺寸超差（如轴肩至轮毂距离偏差超过 ±0.1mm ）。此时需退卸齿轮重新热装 [1,2]，耗时耗力且存在拉伤风险。据统计，某型号地铁齿轮箱因退卸导致的报废率高达5%，单次返工成本超万元。

现有研究多聚焦于齿轮材料或热装工艺优化，对注油扶正过程中的动态位移控制缺乏有效手段。为此，本研究设计了一种防位移工装，通过力学平衡原理抑制位移，并结合微调技术实现定位尺寸的精准修正，显著提升了装配效率与质量。

二、防位移装置设计与操作

针对上述问题，本研究设计了一种大齿轮注油扶正防位移装置，通过长端工装与短端工装的协同作用，实现对齿轮位移的精准抑制。其中，长端工装由定位法兰盘、高强度合金钢支撑杆、精密微调螺栓及 V 型支撑架组成。定位法兰盘采用过盈配合方式（过盈量 0.03-0.05mm ）固定于跳动检测仪顶针座，确保工装基准面与检测仪轴线严格同轴。支撑杆两端分别与齿轮齿毂端面及法兰盘端面接触。

短端工装为锯齿形连接方式，长度可以伸缩调整，配合两端的调整螺钉可在 450mm^-800mm 长度之间调整，能满足不同车型的使用要，如图 1 所示，当大齿轮端面跳动不合格需注油调整时将短端注油调整定位工装利用 V 型支撑安装到车轴大齿轮组成上，调整工装长度使工装一端与齿轮轮毂端面接触，一端与跳动检测仪法兰端面接触，微调调整螺钉使工装顶住大齿轮轮毂面，如图2 所示，防止调整过程中受油压影响大齿轮脱出，导致轴肩至大齿轮轮毂外侧面的定位尺寸超差，如图 3 所示。试验表明，该装置可将注油扶正过程中的齿轮最大位移量控制在 0.02mm 以内，较传统工艺提升 83.3%，彻底避免了因位移超差导致的返工问题。

通过此防位移装置的应用，注油扶正过程中可有效抑制大齿轮的轴向位移，将定位尺寸偏差严格控制在 ±0.05mm 工艺要求范围内，彻底解决了传统工艺中因单侧油压不对称导致的定位超差问题（如轴肩至轮毂距离偏差 ）。该装置通过长端工装的力学支撑与短端工装的动态预紧双重作用，形成对齿轮的闭环约束系统，使齿轮在 10-15MPa 高压注油工况下仍能保持稳定姿态。实际生产数据显示，采用该装置后，大齿轮退卸率由 20% 降至 0% ，单次注油扶正时间由 2 小时缩短至 1 小时，且无需额外返工流程。从成本角度分析，每套齿轮箱可节省返工费用约 4800 元（含人工、能耗及设备损耗），年均可为企业减少生产成本30 万元以上。

三、优越性分析

3.1 节约成本

在传统工艺中，若注油扶正后大齿轮定位尺寸超差，则需执行退卸返修流

程。具体而言，每组装 5 个大齿轮即需对其中 1 个不合格齿轮进行退卸返工，使得原工艺链 " 热装 - 组装 " 被迫延伸为 " 热装 - 退卸 - 检修 - 热装 " 的复杂循环。不合格需再次重复操作上述工艺流程。

1、返工返修流程包括：

1）大齿轮退卸：退卸需在BBM 压力机退卸，退卸操作需2 人共同作业，每个齿轮退卸需1 小时完成；

2）大齿轮、车轴检修：大齿轮、车轴外观检查、尺寸测量、打磨，2 人操作，30 分钟完成；

3）大齿轮热装：车轴热装需 2 人共同操作，经上料、尺寸检测、下料，2小时完成。

2、经济效益分析：

1）节约人员6 人，可分流至其他工序，承担其他生产任务；

2）工时费的节省，按每小时 120 元按计算，每辆车可节省 840 元，按每天2 辆车的产量一个月节省50400 元；

3）按每年因退卸报废 2 条车轴及大齿轮估算，每年节约生产成本 3 万元，月平均节约2500 元。

综上所述，每条返工返修的大齿轮重新热装，共需 6 人经 4 小时完成。按照前期热装不合格率 20% ，即组装 5 个大齿轮需返工返修退卸重新热装 1 个大齿轮，节约人员6 人，每月节省约52900 元。

3.2 改善质量

传统方法下，注油扶正一次合格率约 80% 。若扶正不合格则需退卸重新热装。经优化后的注油扶正装置，操作简单、精度高，地铁齿轮箱大齿轮注油扶正一次合格率提升至 100% ，同时，退卸拉伤发生率降低 90% ，齿轮内孔表面粗糙度维持在Ra1.6μm 以内（标准要求 Ra3.2am; ），减少了车轴与大齿轮报废风险。

3.3 提高效率

该装置使注油扶正操作更为简便高效，缩短了齿轮箱组装周期。与传统合格率 80% 相比，改进后一次合格率达到 100% ，大幅减少了退卸及重新热装所需的工时，使每辆车的生产周期缩短约1 天。

3.4 降低劳动强度

单次注油扶正时间由 2 小时压缩至 1 小时，整车装配周期缩短 1 天，同时减少退卸、打磨及重复热装工序，操作人员体力负荷降低 40% （基于 RULA 工效学评估）此方法减少了大齿轮退卸过程中的车轴、大齿轮内孔打磨修复及物料搬运，显著降低了操作人员的劳动强度。

四、应用情况

目前，该装置已成功应用于青岛地铁 1 号线、8 号线齿轮箱装配，累计完成 300 余套齿轮扶正，合格率 100% 。其模块化设计可适配多种车型，包括CRH380B 动车组及异形车齿轮箱。未来计划拓展至风电齿轮箱领域，初步试验表明，其在5MW 风电齿轮箱中可将装配效率提升 30% 。

五、结论

本研究设计的大齿轮注油扶正防位移装置，通过力学平衡与微调技术，有效解决了传统工艺中的位移超差问题。实验数据表明，该装置可将注油扶正合格率提升至 100% ，并显著降低返工成本与报废风险。其结构简单、成本低廉的特点，适用于轨道交通及重型机械领域的大齿轮装配，具有广泛的工程应用价值。

参考文献：

[1] 田雪涛, 丁仲奇, 刘升. 整体式齿轮箱大齿轮装配工艺设计[J]. 机车车辆工艺 , 2013, (04) ：14-15.

[2] 陈朝霞 . 基于整体式齿轮箱中大齿轮装配问题分析及装配优化措施研究 [J]. 技术与市场 , 2014, 21(07): 21-22.