作者：伏宇璐等

（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司）

設備，滾齒機主要由傳動箱、工作臺、刀架、尾座等重要部分組成。長期在高負載下加工齒輪，造成傳動箱中傳動軸急劇磨損，每隔一段時間就要重新修配軸與掛輪的連接鍵或直接更換傳動軸。本文對Y31160滾齒機傳動軸急劇磨損問題進行了詳細的分析，包括原理解答、故障原因和分析。通過本文，維修人員能夠按圖索驥，同時也能夠舉一反三，在修理改進其他設備的傳動軸時，作為參考。

01　設備簡介

YA31160滾齒機是重慶機床廠生產的具有較高精度的大型滾齒加工機械，機床主要采用液壓機構，通過蝸輪、蝸桿以及傳動箱來傳遞運動，其傳動精度要求較高。受長期高負載加工影響，其傳動軸與掛輪的磨損需要維修經驗豐富且有較高技能的維修鉗工來解決。通過平時的工作積累和維修滾齒機積累的經驗，我們就傳動軸與掛輪的磨損主要進行了兩個方面的研究分析工作：

♦對傳動箱的傳動原理進行分析，對YA31160滾齒機的傳動箱II軸III軸故障進行分析，結合傳動箱原理和故障分析，制定對傳動軸改進的方法。

♦總結傳動軸改進后的優點。

02　傳動箱工作原理

滾齒機的傳動可分為主運動、分度運動、進給運動和差動運動。主運動也稱為切削運動，由電機以1730r/min的轉速驅動，傳至滾刀。在傳動齒輪箱內有傳動合成機構，需要差動時，搭上交換齒輪，由圖1可以看出傳動箱的原理是由電動機帶動皮帶輪，由皮帶輪傳給傳動軸，通過傳動軸間的齒輪嚙合傳給主花鍵軸，再由花鍵軸傳給刀架帶動滾刀完成滾削動作，而滾刀滾削的速度由兩個傳動軸上的掛輪來決定，因此傳動軸與掛輪間的配合要準確。

圖1 傳動箱整體剖視圖

03　故障分析

傳動箱II軸、III軸傳遞的是機床的主運動，承受的載荷相對較大，因此傳動箱傳動軸對此要有較好的耐磨性，足夠的硬度和強度。下面就對滾齒機傳動箱傳動II軸和III軸的故障進行總體分析。由II軸、III軸常引發的故障點主要有：機床刀架無法轉動；工作時傳動箱有異聲，機床振動；掛輪與軸之間打滑；II軸、III軸的傳動間隙過大。

機床刀架無法旋轉是由于傳到刀架的傳動中斷導致，主要中斷點出現在傳動箱，即II軸和III軸的掛輪是相互嚙合傳動的，掛輪打壞之后，傳動隨即中斷，導致刀架無法正常轉動工作，同時，電機帶動的皮帶輪脫落也導致刀架無法轉動。

II軸、III軸的掛輪之間的配合至關重要，掛輪松動后就會導致配合間的間隙增大，Z后導致掛輪打壞報廢。因為掛輪與II軸、III軸是靠單鍵來連接的（見圖1），在長時間的大載荷之下，使軸和鍵出現磨損、松動，機床出現異聲、振動，掛輪在軸上打滑等現象，從而影響機床的傳動精度，如何消除這些不良現象呢？這就要求II軸、III軸與掛輪的配合要準確、恰當，所謂恰當就是把配合間隙控制在可控范圍之內，允許的范圍之內，這就要求當出現異聲、振動或打滑時，及時查看鍵與軸的配合，及時修復鍵與軸存在的配合間隙，因此保證鍵與軸的完好配合是機床正常運行的根本所在。

04　傳動軸的改進技術探索

♦改進前的存在的問題分析

圖2 改進前的軸和齒輪

如圖2所示，改進前兩根主要傳動軸采用的是光桿軸，掛輪和軸之間的配合是靠單鍵來定位的，滾齒機在加工時要分兩次才能完成一個齒輪的滾削工作。刀滾削量在2～3mm之間，這也是傳動軸急劇磨損的時間；第二刀滾削量在0.1～0.3mm之間，是慢性磨損時間。由于掛輪是靠鍵來與傳動軸連接配合的，光軸與掛輪的定位性不是那么準確，因此掛輪與傳動軸之間存在配合間隙，在長時間的大切削量下，傳動軸與掛輪連接的鍵就會出現磨損、松動，傳動軸也會出現磨損，Z后致使掛輪打壞報廢，更嚴重會產生工件報廢，滾刀打壞飛出傷害到操作人員的安全。

因為軸與掛輪的配合是單鍵連接配合，故掛輪在傳動軸上的定位性在長期使用中受到了損害，受大切削力后易使掛輪打壞，因此一直要修復鍵和軸，使設備故障率增高。

♦實施改進辦法及安裝調整步驟

通過對傳動II軸III軸的故障分析，結合傳動原理制定實施改進方法。首先，考慮在不改變原來軸的情況下進行改進，方法是：在原來的軸上采用雙鍵定位，初步實施；試驗，通?試驗分析發現即使使用雙鍵定位，在長時間的高負荷下工作，鍵還是會出現磨損，只是采用雙鍵定位相對于單鍵定位使用時間長，并沒有從根本解決此問題。

從新分析討論更好的改進方法，發現如果一直使用光桿軸，那么它的定位無非就是靠鍵或字頭螺絲來定位，這些定位在長時間大載荷下并不能持久工作，所以要解決這個問題，就要從新選擇軸，從根本解決問題。通過查閱資料發現，在軸的定位上，花鍵軸的定位是比較好的，檢測花鍵軸和單鍵軸技術參數進行對比，選擇矩形花鍵軸進行試驗，根據光桿的尺寸和結構定制花鍵軸。

拆裝步驟：拆下傳動箱之后（見圖3），先拆下III軸對面右端的皮帶輪；然后把II軸和III軸兩端的端蓋拆掉；從左端先敲III軸，取下III軸齒輪和對面的齒輪，再從右端敲出III軸；接著在敲出II軸，對齒輪方向做好記號并取出隔圈。

圖3 傳動箱II軸、III軸剖視圖

拆下后要對齒輪和安裝的軸孔進行清洗，安裝時要先去除花鍵軸上的毛刺和翻邊，并進行試裝。具體安裝步驟如下：安裝時先裝II軸，先敲入一端軸承，裝入II軸后在敲入另一端；然后裝III軸，安裝III軸時先裝里面的軸承再敲入III軸，接著裝上隔圈，敲入對面的軸；Z后裝上端蓋和皮帶輪。

安裝時，要調整隔圈的厚度，來調整軸的軸向竄動，允許的軸向竄動量是0.02mm，如圖3所示，軸向竄動由圖中紅圈所示的隔圈來調節，根據安裝后軸的松緊度來調節隔圈的厚度，必要的時候可以在端蓋的表面墊上相應的密封紙墊，以此來達到軸向竄動的精度要求。如果軸向竄動量大會導致產生振動，軸承易損壞，齒輪容易打壞報廢，所以軸向竄動量要調整到要求范圍內。全部調整好后，用百分表在軸的頂端測量軸的軸向竄動看是否達到要求，達到要求后，全部安裝好，即安裝調試完畢。

♦改進后效果

改進后由原來的光軸更換成花鍵軸，并且把掛輪更換成相配的花鍵掛輪，花鍵軸有較好的定位作用，與花鍵掛輪配合緊湊，花鍵連接為多齒工作，承載能力高，對中性導向性好，受載時齒上有徑向力能起自動定心作用，使各齒受力均勻，強度高、壽命長，如圖4所示。

圖4 改進后的軸結構圖

這次改造采用花鍵軸結構，傳動安全牢靠，可承受更大的切削負載力，不易磨損變形，使用壽命長。由于所購花鍵軸尺寸與原結構有差別，通過反復試驗，調配傳動間隙，達到了預期效果，從而消除原故障點，避免了工件的報廢，降低了設備停機時間，提高了設備使用效率。今后可以在研究所同類機床上進行改進。

05　改進前后綜合比較

改進后的傳動軸主要采用花鍵配合，原來的掛輪也改為花鍵槽掛輪，花鍵比光軸更能夠承受大的載荷，并且提高了傳動軸與掛輪的定位精度，把配合間隙消除到Z小，使軸更加耐用，檢測對比見下表。

此傳動箱傳動軸在2010年5月開始逐步改進后，在隨后的一年生產實際中說明，通過以上的改進措施，由原來的1個月修理一次到現在的2年以及更長時間修理一次，說明確實提高了軸和掛輪的使用率，避免了一直出現掛輪打壞報廢甚至工件報廢現象，以及由此現象導致的故障和設備停機，實現了降低設備故障率的設備改進理念，有效保證了滾齒機的順利有效運行。

06　結論

傳動箱是滾齒機正常運行的重要部件，本文針對傳動箱傳動軸的改裝，并以YA31160滾齒機為實例，詳細說明了滾齒機的傳動箱傳動原理，傳動箱II軸、III軸的故障分析，通過上述分析對傳動軸實施了改進，取得如下結論：

♦認真分析了傳動箱的結構和原理，以及對傳動箱II、III軸的分析，為實施改進指明了方向。

♦對傳動軸設計進行了改進，該改進取得了顯著的效果，大大減少了機床的停機時間，有效的改善了故障率。提高了傳動軸和掛輪的配合精度。

♦通過這次切身體會的改進實例，為以后的設備常見故障的重點改進提供了好的依據。