16V240型柴油机传动中间齿轮故障原因及防止措施2016822

16V240型柴油机传动中间齿轮故障原因分析及改进措施李冬平严绮林（中车洛阳机车有限公司襄阳分公司湖北襄阳441105）摘要：根据某一段时间机车厂修后，16V240型柴油机传动中间齿轮故障数据统计，通过构造原理、结构设计、检修组装等方面分析了故障产生的主要原因，提出了解决问题的技术措施和改进方法。关键词：16V240柴油机；中间齿轮；故障中图分类号：文献标识码：1问题的提出16V240型柴油机传动齿轮故障是DF4型内燃机车柴油机易发生的严重故障之一。据统计，自2015元月前的一年半时间内，我公司外机车齿轮故障据不完全记录共发生25起，其中中间齿轮故障15起，过轮故障7起，泵传动齿轮3起。传动齿轮破损频率加剧，故障幅度呈上升趋势，给正常运输生产秩序带来了严重影响，也给公司的声誉带来了极坏的影响。中间齿轮传动系统一经出现破损故障，由于它在柴油机上受到安装位置的限制（特别是中间齿轮），致使检修恢复作业异常困难，需将控制端端板全部解体，并且要拆除曲轴上的硅油减震器后，才能接近到故障处所。这样导致机车扩大修程，不仅要占用机务段的台位，而且延长了故障机车的检修停时，降低运用效率，同时还造成公司人力物力财力的大量损失。因此，全面分析此类故障原因，及时采取措施，防止和减少该类故障的发生十分必要。2故障原因分析2.1构造原理中间齿轮装配主要由中间齿轮、中间支架、滚动轴承、隔圈、压盖和螺母等组成，如图1所示，且东风4A、B、C、D、东风7系列结构完全一样（该结构于2004年进行了设计改进）。2.2受力分析中间齿轮装配的安装位置如图2所示，它与左右侧凸轮轴传动齿轮装配的后端一起安装在柴油机控制端的垂直板上，左右侧凸轮轴传动齿轮装配的前端由可调支撑固定，而中间齿轮装配的前端无约束，形成了悬臂粱结构。因为中间齿轮位于曲轴齿轮和左右侧大介轮的中间，故此而得名。中间齿轮由曲轴齿轮驱动工作，不仅要受到传动力矩的作用，而且要受到来自曲轴径向力和轴向力的直接冲击，使之产生附加的弯矩；同时又要带动左右大介轮传递工作力矩，使附加弯矩的释放受到限制，因此使中间齿轮装配中的中间齿轮，滚动轴承和中间支架等零部件的工作条件较为苛刻。2.3问题分析2.3.1结构设计存在的问题（1）螺母与中间支架螺纹的设计为M64×1.5，并在距中间支架前端6mm处截面，沿水平和垂直两个方向钻有2×φ6.5的开口销通孔。实际使用和检修过程中，该两个零件的螺纹将不可避免的出现磨损现象，加之滚动轴承轴向移动量需要通过组装进行重新调整，势必导致在标准力矩紧固下螺母的新紧固位置发生变化，难以对正中间支架上的开口销孔。为了使螺母开槽与中间支架开口销孔相对，势必要重新调整垫片的厚度，给检修带来了不便。（2）中间齿轮装配与柴油发电机组的轴向移动量不匹配。制造组装工艺要求中间齿轮装配中的移动量a为0.10～0.25mm。柴油机曲轴自身的轴向移动量为0.25～0.35mm，即使柴油发电机组安装后的轴向间隙也不小于0.18mm。曲轴的轴向移动量由曲轴止推环的止推面来限制，而中间齿轮装配中的轴向移动量则由滚动轴承承受，因此轴向力对滚动体和保持架构成直接威胁。因两轴轴向移动量不完全一致，在曲轴齿轮直接驱动中间齿轮的啮合工作状态下，将导致曲轴轴向移动量尚未被限制住的那部分轴向力，也作用在中间齿轮装配上，从而恶化了滚动轴承的工作条件。（3）中间齿轮为悬臂式支架轴安装形式，齿轮内孔装配有双列背对背圆锥滚柱轴承，承受轴向和径向负荷，用M64×1.5螺母对轴承进行轴向定位预紧，大隔套定位轴承外圈，小隔套调整齿轮轴向间隙，及轴承的工作游隙。从其结构特点看，悬臂式齿轮轴稳定性差，在轴根R3退刀槽外容易产生应力集中，是整个支架轴最薄弱的环节；支撑轴承采用双列背对背圆锥滚柱轴承排列虽然传动精度高，刚度大，结构紧凑，但是又中间齿轮装配结构尺寸可知，两个轴承外圈锥尖是相交的，支撑件工作时，因温差影响，内，外圈径向膨胀量大于轴向膨胀量。工作游隙减少甚至消失，影响轴承性能。2.3.2检修组装存在问题（1）中间齿轮检修装配本身存在问题一是轴承外圈与齿轮的配合没有调整至间隙0.008mm到过盈0.032mm的标准范围，轴承内圈与轴的配合没有调整至间隙0.002mm到过盈0.03mm的标准范围：二是轴承内圈与轴台肩未压实，出现组装间隙；三是螺母与中间支架的M64×1.5螺纹出现拉伤，乱扣和缺损现象时，没有得到恢复性的检查；四是滚动轴承轴向移动量a的调整未达到0.10mm～0.25的间隙要求标准。（2）相关零部件的问题一是各传动齿轮的齿侧间隙，端面不平齐度，齿轮支架与机体密贴度未达到组装工艺要求；二是曲轴自身的轴向移动量特别是柴油发电机组安装后的轴向移动量未达到组装工艺的要求；三是中间齿轮轴承润滑状态差，柴油机自由端盖内设计布置了4根油管供油给齿轮啮合润滑，还有从端盖弹性支撑上两个润滑油管给过轮轴承润滑，然而没有专门油管供油给中间齿轮轴承润滑，中间齿轮支架轴的两套轴承仅能得到齿轮飞溅来的机油，加上轴承组装时卧嵌式，其端面有压盖和螺母，阻碍油流进入轴承，因此能进入轴承的机油比较少，根本保证不了轴承各摩擦副的有持续稳定的油膜。3改进及预防措施（1）严格按照工艺要求检修和组装齿轮，特别注重：一是对齿轮齿形的检测（测量其公法线）；二是对轴承和齿轮及齿轮轴选配组装。（2）装配轴承时轴承内圈与轴颈，外圈与齿轮必须进行预热装配，但是温度不超过100摄氏度，严禁用铜棒等直接敲击轴承。（3）制造工艺假轴检验和调整中间齿轮轴向间隙。中间齿轮轴向间隙内控为0.12～0.15mm更为合理，减少冲击载荷对轴承的损坏。（4）在柴油机自由端盖板内侧加装供中间齿轮轴承润滑的机油管，对中间齿轮轴承提供润滑。可以直接在自由端盖板内侧接头体出钻出一个￠5的油孔对中间齿轮润滑。（5）更换新式中间齿轮支架，解决其部分结构性问题。(将轴端的螺母改为压盖式，并增设了3根M16×1.5的专用螺栓；中间支架也采取了增加垫圈措施)。（6）装配过程中保持工作场地及零部件的清洁。4结束语自从实施以上措施和改进后，我公司2015年上半年未出现一次中间齿轮故障，对保证修车质量和运用取得了显著效果。参考文献1.成大先主编机械设计手册[M]，北京：化学工业出版社，2010.1．2.铁道部大连机车车辆工厂．240/275系列柴油机原理结构维修及故障处理[Z]．1989．作者简介：李冬平（1972—），男，工程师，本科。严绮林（1975—），男，高级技师，大专作者单位：中车洛阳机车有限公司襄阳分公司联系电话：[phone]；办公室0710-2860103