装载机变速箱输出轴端锁紧方式的改进

　　1　现有锁紧结构的质量缺陷
　　装载机变速箱输出轴总成作为传递转矩与调节转速的连接机构，其锁紧方式不可靠会引起密封圈损坏、压紧螺栓松动、法兰花键磨损等一系列故障，其重要性不言而喻。目前大多数装载机生产厂的变速箱输出轴端采用压板及螺枪的锁紧结构，见图1。 　　对市场上现有5t级装载机变速箱的质量数据进行统计表明，因锁紧不牢靠导致输出轴总成的故障主要有压紧螺栓松动断裂、密封圈损坏漏油以及法兰花键磨损，各自占比见图2。 　　2　变速箱输出轴几种常见锁紧结构及其对比
　　不论是行星式变速箱还是定轴式变速箱，目前国内外输出轴总成的常见锁紧结构有如下5种。
　　（1）“压板+密封圈细牙螺栓+弹簧垫圈”的传统型防松结构（见图3）。该锁紧结构主要依靠弹簧垫的张力、螺纹的牙型角度及有效牙型数量来增大螺栓转动的摩擦阻力矩，提高螺栓的防松系数，从而实现输出轴的轴端锁紧。该防松方式的优点是装配简单、标准件通用率高、维修和配件更换方便；缺点是防松能力有限、效果不佳，特别是应
用在作业工况相对恶劣的5t级装载机上，松动问题更为明显。目前国内装载机行星式变速箱的输出轴防松结构几乎不再采用该锁紧方式，但在一些轴向力相对较小、传递转矩要求不高、作业工况较好的场合应用仍然比较多，如农业机械的变速箱与驱动桥、小型减速器等等。 　　（2）“压板+密封圈+细牙螺栓+止动锁片”的压装嵌入限位式防松结构（见图4）。该锁紧结构主要依靠锁片孔与螺栓头边的强力挤压、螺纹的牙型角度及有效牙型数量来增大螺栓转动的摩擦阻力矩，通过强制提高螺栓防松能力的方式来实现输出轴的轴端锁紧。该紧固方式的优点是防松能力较强、可靠性较高、零件数目少；缺点是对螺栓的性能等级及质量控制要求高，锁片孔大小与螺栓头边的装配挤压量控制较严格，而且需要配备专有的压装工具将锁片压装到位，在野外维修时不易拆卸。 　　目前使用该防松结构的主要有德国ZF4WG系列定轴式变速箱和杭齿WG180定轴式变速箱，若制造商能对零件质量和装配环节进行很好的控制，不失为一种工程机械变速箱理想的防松模式。
　　（3）“压板+密封圈+细牙螺栓+翻边锁片”的紧固螺栓头边的防松结构（见图5）。该锁紧结构主要通过锁片翻边后强力包裹螺头侧边、螺纹的牙型角度及有效牙型数量来增大螺栓转动的摩擦阻力矩，也是依靠强制提高螺栓防松能力的方式来实现输出轴的轴端锁紧。该紧固方式的优点是野外维修拆装时十分方便；缺点是对螺栓的性能等级及质量控制要求高，装配时对锁片翻边的规范性、螺栓的拧紧力矩值、紧固胶涂抹量的均匀性以及轴向间隙的调整等方面要求很严格，同时锁片翻边的操作烦琐、工作量大，且重载作业工况下存在轴向窜动并引起渗漏的缺陷。目前国内行星式变速箱输出轴以及定轴箱档位离合器的轴向防松主要采用该锁紧结构，如杭齿50行星箱、临工A301行星箱、徐工改进前的2BS315A系列行星箱，但该锁紧结构在一些轴向窜动量大、传递转矩高、作业工况恶劣的场合下适应性较差。 　　（4）“密封圈+开口螺母+开口销”的轴向定位防松结构（见图6）。该锁紧结构主要通过开口销插入开口螺母与开孔轴的通孔内达到限制螺母轴向窜动，从而实现输出轴的轴向锁紧。该紧固方式的Z大优点是螺母所需拧紧力矩不大、对螺母质量控制要求不高、野外维修时容易拆装；缺点是在装配开口销时，其位置与螺母的槽口不易调整到位，导致轴向轻微窜动，加快油封唇口的磨损，增加输出轴渗漏的几率。目前仅柳工的BS305系列行星式变速箱输出轴采用该锁紧结构，为了解决使用一段时间后因输出轴漏油造成对手制动器摩擦片的损伤，在变速箱箱体上增加导油管，疏通从箱内渗漏的油液。 　　（5）“压板+密封圈+自锁螺母”的自锁螺母防松结构（见图7）。该锁紧结构主要通过尼龙或金属螺母的自锁性能满足各种恶劣作业工况下的要求，从而实现输出轴的机械式防松。该锁紧方式的优点是预紧力控制好、防松可靠性高，重载转矩和冲击载荷的工况适应能力强，零件数目少、标准件通用率高；缺点是对正反交替转动的高频率较为敏感，不论是尼龙还是金属自锁螺母均存在野外维修时拆装困难的致命弊端，且均为一次性使用，对于尼龙自锁螺母还存在对油温较为敏感和适应性差的缺陷。目前龙工、厦工、成工5t级系列行星式变速箱以及行业内3t级变速箱、变矩器输出轴均采用该锁紧结构，应用相对较为广泛。 　　3　锁紧结构的改进
　　通过Z新的调研分析，发现徐工科技设计了一种新型输出轴轴端锁紧结构，该结构既能满足重载工况的作业要求，又具有较好的维修性能。其三维模型结构见图8。 　　该锁紧结构由输出轴、连接法兰、厚垫圈、密封圈以及锁紧螺母组成，在锁紧螺母拧紧到一定程度后，通过在输出轴凹槽处对螺母的锁紧边进行铆冲，以确保锁紧螺母不能转动，其紧固与防转效果是通过锁紧螺母的拧紧力矩与锁紧边的铆冲深度来实现。
　　该防松结构通过DOE试验方法对锁紧螺母的结构型式及其锁紧边的控制因子值进行了优化。该锁紧方式的优点是防松可靠性高，能满足整机重载、振动以及冲击载荷的工况要求；采用撬开铆冲锁紧口、拧松锁紧螺母两级拆卸手段可实现拆装方便性；零件数目较少、装配简单，可减轻劳动强度并能提高装配效率与质量；野外维修拆装后，厚垫圈及锁紧螺母可再次使用，满足节能环保要求。该结构具有稳定的传扭能力，是一种有效的轴向锁紧新型防松型式，适合于工况恶劣场合下的重型施工机械。
　　该公司自2010年8月更换该铆冲锁紧螺母结构后，已累计生产近10000台变速箱，销售至国内外，在各种恶劣工况下进行了“全方位多层面”的可靠性验证，至今无一例质量问题，同时该公司将这种结构推广至系列驱动桥的轮边防松防漏设计中，也起到了很好的效果。