楊振中，梅榮海，阮鴻（hóng）芳（fāng）
（中國南車集團株洲電機有（yǒu）限公司，湖南株洲 412000）
摘 要：分析油潤滑牽引電機（jī）軸（zhóu）承出現早（zǎo）期（qī）異常磨損、剝落等失效的特征及原（yuán）因，通過優化密封結構、改進過濾（lǜ）裝置等措施，有效（xiào）改善了軸承潤滑及磨損狀態，提高了軸承使用壽命（mìng）。
關鍵詞：滾動軸承；牽引電機軸承；油潤滑；失效分析
伴隨我國電氣化鐵路建設，機車朝著高（gāo）速重載（zǎi）方向發展，機車牽引電機軸承（chéng）的（de）潤滑（huá）方式也由脂（zhī）潤（rùn）滑向油潤滑轉變。油潤滑軸承在複雜環境（jìng）的適應性研究（jiū）是重載（zǎi）交流機車安全運行的新課題。油潤滑軸承牽引電（diàn）動機上線運營以來，已出現諸多（duō）軸承失效問題，軸承失效（xiào）可能造成牽引電動機運轉（zhuǎn）失效，給（gěi）機車運行安全帶來極大隱患[1]。因此，分析軸承失效的主要原因並采取（qǔ）相（xiàng）應的對策，對保（bǎo）障軸承可靠工作和行車安全極為重要[1-3]。
1 軸承潤滑模式
機（jī）車（chē）牽引電動機主要由定（dìng）子（zǐ）、轉子、端蓋、軸承、測速裝置和主動齒輪等組成。軸承（chéng）是連接定子和轉子的部件（jiàn），實現定子和轉子穩定轉動的機械連接[4-5]。
機（jī）車牽引電動機驅動端載荷大（dà）、速度高，通常采用N332型圓柱（zhù）滾子軸承。軸承采用稀油飛濺潤滑方式，牽引（yǐn）電（diàn）動機驅動端軸承與機車齒輪箱共用潤滑油，齒輪箱（xiāng）潤滑油經齒（chǐ）輪旋轉的離心（xīn）力甩到齒輪箱頂部擋板處，匯聚後流入軸承外（wài）蓋上（shàng）部的進油口，沿進（jìn）油通道進入軸承進行潤滑（huá），然後從軸承另一側（cè）的油封下部（bù）回油口流回（huí）齒輪（lún）箱（xiāng）。為防止潤滑油進入電動機定子內部，電動機內設有迷宮（gōng）腔及氣壓平衡通道。
2 失效軸承的典（diǎn）型特征
對失效軸承進行解體檢查，其呈現出的典型失效特征如下：
（1）滾子（zǐ）表麵有磨損（sǔn）痕跡，滾子中部呈亮色，兩端呈暗灰色。經測量，滾子為啞鈴形，呈現出中部直徑小、兩端直徑大的異常（cháng）磨損（sǔn）狀態（圖1）。
（2）滾子、內（nèi）圈及外圈滾道的兩端部均出現了剝落；保持架（jià）兜孔處嵌有異物，呈現出嚴重擦傷（shāng）的（de）典型失效特征，如圖2所示。
3 失效原因分析
機車牽（qiān）引電動（dòng）機製造過程和軸承設計不（bú）存在（zài）結構性缺（quē）陷，機車運行過（guò）程（chéng）中所出現的軸承磨損及卡死與軸承潤滑環境的異常有直接關係。
3.1潤滑環境分析
提取了（le）多個機務段的電動機（jī）潤滑油（yóu）樣本送（sòng）專（zhuān）業檢測機構（gòu）和軸承公司進行檢（jiǎn）測分析（xī）。結果表明，軸（zhóu）承產（chǎn）生磨損的主要原因是由於潤（rùn）滑油中（zhōng）含有大（dà）量的礦物質矽（guī）和金屬顆粒所致。軸承內部的汙染情況如圖3所示（shì）。
前（qián）期對軸承潤滑油進行檢測統計，各機務段樣本中矽平均含量見表1。
對失效保持（chí）架嵌（qiàn）入異物進行成分檢測，發現異物中含有SiO2，而砂粒的主要成分即為SiO2，如圖4所示。
3.2軸（zhóu）承失效分析
軸承處於被汙染的潤滑油（yóu）中運行時，潤滑油中沙塵迅速摩擦切削軸承滾子表麵（miàn），產生大量的金屬磨損顆（kē）粒。灰塵顆粒和金屬（shǔ）磨損顆粒不斷進入保持架兜（dōu）孔（圖5）形（xíng）成（chéng）高磨損率的磨損鏈，對滾子中（zhōng）部（bù）產生磨損（圖6a），而保持架越程（chéng）槽使滾子端部磨損較少，滾子（zǐ）與保持架兜孔麵持續磨損，導致滾子（zǐ）被逐漸磨損成（chéng）啞鈴形（圖6b）。
在正常磨損（sǔn）狀況（kuàng）下，滾子表麵為（wéi）均勻磨損。異常磨（mó）損狀況下，滾子（zǐ）表麵為不均（jun1）勻磨損，出現兩端高、中間低的啞鈴形，其承載部位移至端部，故滾子端部應力增加[6]，如圖（tú）7所示。
經檢測，N332型軸承的啞鈴形滾子端部高點長度L通常為2～5mm。如圖8所示，經有限元分析，當L=5mm時，滾子端部Z大應力可（kě）達到2353MPa；L=2mm時，滾子（zǐ）端（duān）部Z大（dà）應力可達到（dào）4723MPa；均遠遠超過滾子（zǐ）和滾道表麵材料1690MPa的屈服應力，必然產生疲勞剝落。滾子、內圈及（jí）外滾道麵（miàn）的端部先出現剝落，後期剝落區域從端部向（xiàng）中部擴展，如圖9所示。
綜上所述可知，因齒輪箱潤滑油受到汙染，使軸承潤滑條件變差，造成軸承異常（cháng）磨損，Z終導致軸承剝落及卡死。
4 改進措施
根據軸承失效原因，提出相應的改（gǎi）善（shàn）措施（shī）如下：
（1）改變（biàn）牽引電動機內部通往外界大氣的氣流（liú）入口方向（圖10），防止外部沙塵經氣壓平衡（héng）通道進入牽引電動機油潤滑係統；
（2）優化牽引電動機密封結構（gòu），改變密封裝置與轉軸的間隙，阻止（zhǐ）外部粉塵經迷宮式密（mì）封裝置進入牽引電動機油潤滑係統；
（3）使用過濾裝置對齒輪箱內的潤滑油（yóu）進行過濾，降低潤滑油中對軸承有害的（de）矽、鐵、鋁等含量。通過采取以上措（cuò）施，有效改善了軸承潤滑及磨損狀況，軸承運行（háng）5萬千（qiān）米（mǐ）後的潤（rùn）滑狀態如圖11所示，未出現任（rèn）何磨損，性能良好（hǎo）。
5 結束語（yǔ）
通過對機車牽引電動機油潤（rùn）滑軸承失效原因（yīn）進行分析，提出了相應的改進措施，有（yǒu）效改善了油潤滑軸承的潤滑（huá）環境和軸承磨損狀（zhuàng）況，減少了因軸承失效造成的機破、檢修，確保了機車（chē）行車安全。同時也為牽引電動機的設（shè）計（jì）、製造和軸承的維護提供了參考，對重載牽引技術的發展亦（yì）具有（yǒu）重大意義。
參考文（wén）獻：
[1]吳勇，安中正，王（wáng）帥，等.HXD2型機車牽引電機驅動端軸承失效分析（xī）及措施[J].鐵道機車車輛，2012，32（2）：83-84.
[2]周新紅，田為濤，王忠，等.機車牽引電機軸承、軸箱軸承故（gù）障分析（xī）及對策[J].機車車輛工藝，2003，12（6）：39-40.
[3]胡誌偉.牽引電機軸承燒損固死及小齒輪弛緩的分析及（jí）措施[J].電力機車技術，1996（3）：47-48.
[4]張曙光.HXD1型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.
[5]劉澤（zé）九.滾動軸承（chéng）應用[M].北京：機械工業出版社（shè），2006.
[6]毛月新，沈（shěn）雪（xuě）瑾，陳曉陽，等.偏載軸承滾子的（de）接觸應力分布計算及（jí）其滾子凸度設計[J].中國機械（xiè）工程，2009，20（16）：1918-1922.
來源：《軸承（chéng）》2014年1期
