李冬平　嚴綺林

（中車洛陽機車有限公司襄陽分公司，湖北襄陽　441105）

　　摘　要：根據某一段時間機車廠修后，16V240型柴油機傳動中間齒輪故障數據統計，通過構造原理、結構設計、檢修組裝等方面分析了故障產生的主要原因，提出了解決問題的技術措施和改進方法。

　　關鍵詞：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型內燃機車柴油機易發生的嚴重故障之一。據統計，自2015元月前的一年半時間內，我公司外機車齒輪故障據不完全記錄共發生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，給正常運輸生產秩序帶來了嚴重影響，也給公司的聲譽帶來了極壞的影響。中間齒輪傳動系統一經出現破損故障，由于它在柴油機上受到安裝位置的限制（特別是中間齒輪），致使檢修恢復作業異常困難，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。這樣導致機車擴大修程，不僅要占用機務段的臺位，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生十分必要。

　　2　故障原因分析

　　2.1構造原理

　　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4A、B、C、D、東風7系列結構完全一樣（該結構于2004年進行了設計改進）。

　　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，左右側凸輪軸傳動齒輪裝配的前端由可調支撐固定，而中間齒輪裝配的前端無約束，形成了懸臂粱結構。因為中間齒輪位于曲軸齒輪和左右側大介輪的中間，故此而得名。中間齒輪由曲軸齒輪驅動工作，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結構設計存在的問題

　　（1）螺母與中間支架螺紋的設計為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磨損現象，加之滾動軸承軸向移動量需要通過組裝進行重新調整，勢必導致在標準力矩緊固下螺母的新緊固位置發生變化，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，在曲軸齒輪直接驅動中間齒輪的嚙合工作狀態下，將導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，齒輪內孔裝配有雙列背對背圓錐滾柱軸承，承受軸向和徑向負荷，用M64×1.5螺母對軸承進行軸向定位預緊，大隔套定位軸承外圈，小隔套調整齒輪軸向間隙，及軸承的工作游隙。從其結構特點看，懸臂式齒輪軸穩定性差，在軸根R3退刀槽外容易產生應力集中，是整個支架軸Z薄弱的環節；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，結構緊湊，但是又中間齒輪裝配結構尺寸可知，兩個軸承外圈錐尖是相交的，支撐件工作時，因溫差影響，內，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整至間隙0.008mm到過盈0.032mm的標準范圍，軸承內圈與軸的配合沒有調整至間隙0.002mm到過盈0.03mm的標準范圍：

　　二是軸承內圈與軸臺肩未壓實，出現組裝間隙；

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

　　四是滾動軸承軸向移動量a的調整未達到0.10mm～0.25的間隙要求標準。

　　（2）相關零部件的問題

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

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

　　三是中間齒輪軸承潤滑狀態差，柴油機自由端蓋內設計布置了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，阻礙油流進入軸承，因此能進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穩定的油膜。

　　3　改進及預防措施

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

　　（3）制造工藝假軸檢驗和調整中間齒輪軸向間隙。中間齒輪軸向間隙內控為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側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側接頭體出鉆出一個￠5的油孔對中間齒輪潤滑。

　　（5）更換新式中間齒輪支架，解決其部分結構性問題。（將軸端的螺母改為壓蓋式，并增設了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　結束語

　　自從實施以上措施和改進后，我公司2015年上半年未出現一次中間齒輪故障，對保證修車質量和運用取得了顯著效果。

　　參考文獻

　　1.成大先,主編.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2010.1.

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