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淺析廣州地鐵二號(hào)線輪的軸承特點(diǎn)與影響其壽命的因素

2013-05-13

劉偉
(廣州市地下鐵道總公司車輛中心大修部,廣東 廣州 510380)

  摘 要:隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,交通問題嚴(yán)重制約著我國城市的發(fā)展。地鐵作為有效解決城市交通問題的途徑,近年來取得長足的發(fā)展。與此同時(shí)與之配套的地鐵列車軸承發(fā)展也很快,例如南口、洛軸、西軸等各專業(yè)廠家,推進(jìn)了國內(nèi)滾動(dòng)軸承的迅速發(fā)展。
  關(guān)鍵詞:軸承;磨損;潤滑
  1 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
  1.1 滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)
  1)摩擦力小。滾動(dòng)軸承是將滑動(dòng)軸承的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化成滾動(dòng)摩擦,大大降低了摩擦系數(shù),減小了摩擦力。一般滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)為0.08-0.12,而滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)僅為0.001-0.005。
  2)速度高、載荷大。據(jù)統(tǒng)計(jì),使用滑動(dòng)軸承,車軸載荷14t時(shí),Z高速度達(dá)80km/h;改用滾動(dòng)軸承后,車軸載荷為20t,Z高速度可達(dá)120km/h。
  3)壽命長、安全性高。由于滑動(dòng)軸承康擦力大,軸頸磨損很快,而滾動(dòng)軸承幾乎沒有磨損。
  4)費(fèi)用低。滾動(dòng)軸承用軸承鋼制造,并經(jīng)過熱處理,因此,滾動(dòng)軸承不僅具有較高的機(jī)械性能和較長的使用壽命,而且可以節(jié)省制造滑動(dòng)軸承所用的價(jià)格較為昂貴的有色金屬。
  5)維修方便。目前滾動(dòng)軸承已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化,適于大批量生產(chǎn)和供應(yīng),使用和維修十分方便;目前,我國大部分地鐵車輛車軸主要采用的是免維護(hù)密封式雙列圓錐滾子軸承。如廣州地鐵除一號(hào)線車輛使用圓柱滾子軸承之外,二號(hào)線、三號(hào)線、四號(hào)線使用的均是密封式雙列圓錐滾子軸承。廣州地鐵二號(hào)線軸箱軸承采用的是SKF生產(chǎn)的型號(hào)為BTZ-8545-01和BTZ-8545-02密封式雙列圓錐滾子軸承。
  1.2 廣州地鐵二號(hào)線軸箱軸承(BTZ一8545雙列圓錐滾子軸承)具有的特點(diǎn)
  1)傳動(dòng)效率高,發(fā)熱量少,因此可以減少潤滑油的消耗,潤滑維護(hù)較為省事。
  2)重量輕、體積小、安裝方便。安裝時(shí)無需另行調(diào)整和加油(出廠時(shí)已填充好潤滑脂)。
  3)是密封型的雙列圓錐滾子軸承,系密封系列產(chǎn)品。可防水防塵。
  4)軸承可根據(jù)軸徑選配。
  5)額定壽命約為一百二十萬公里。
  1.3 廣州地鐵二號(hào)線軸箱軸承(BTZ一8545雙列圓錐滾子軸承)關(guān)健技術(shù)分析
  1)圓錐滾子軸承有圓錐形內(nèi)圈和外圈滾道,圓錐滾子排列在兩者之間。所有圓錐表面的投影線都在軸承軸線的同一點(diǎn)相聚。這種設(shè)計(jì)使圓錐滾子軸承特別適合承受復(fù)合(徑向與軸向)負(fù)荷。軸承的軸向負(fù)荷能力大部分是由接觸角α決定(如圖1);α角度越大,軸向負(fù)荷能力就越高(如圖2)。角度大小用計(jì)算系數(shù)e來表示;e值越大,接觸角度越大,軸承承受軸向負(fù)荷的適用性就越大。由于滾子端面與內(nèi)套擋邊在軸承工作狀態(tài)是滑動(dòng)摩擦,如果不能選擇合理的幾何形狀,就不能保證良好的接觸和充分潤滑狀態(tài),導(dǎo)致滾子端面與擋邊干摩擦,引起溫度驟增,使軸承很快燒傷、損壞。為此,對(duì)運(yùn)行一個(gè)架修期(5年)進(jìn)行架修的BTZ一8545軸承進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),滾子端面與套圈擋邊接觸于油溝附近的滑動(dòng)摩損Z少,潤滑條件Z佳。因?yàn)闈L子端面呈球面,擋邊表面母線是直線,接觸為點(diǎn)接觸,接觸點(diǎn)在油溝附近,使擋邊的工作表面外部與滾子端面形成一個(gè)間隙,保證了潤滑的充分,防止了干摩擦的產(chǎn)生。

 

  2)根據(jù)軸承的類型、尺寸和運(yùn)轉(zhuǎn)條件的不同,選用不同的潤滑劑和潤滑方法。滾動(dòng)軸承的潤滑劑一般采用油和脂兩種,潤滑油性 能好壞接影響軸承性能和使用壽命。注脂量的多少、密封不嚴(yán)、滾動(dòng)表面和滑動(dòng)表面的加工精度低和幾何性狀差使油膜形成不充分等,也能造成溫度升高使?jié)櫥ぷ鳁l件惡化,老化加速,粘度下降,導(dǎo)致甩油現(xiàn)象的發(fā)生,廣州地鐵二號(hào)線輪軸軸承當(dāng)初采用的是SHELLALVANIA2760B軸承潤滑脂,在長時(shí)間的使用后發(fā)現(xiàn)數(shù)列車都出現(xiàn)了由于潤滑脂粘度下降導(dǎo)致甩油的現(xiàn)象。而在我們把潤滑油的型號(hào)更改為KAJOWae-zlagerfett08530之后甩油現(xiàn)象已經(jīng)基本絕跡??梢娬_選用潤滑脂是非常重要的。另外軸承對(duì)潤滑脂的清潔度也有較高的要求,雜質(zhì)混入潤滑脂中,特別是固體金屬夾雜物,會(huì)使軸承磨損加快,從而降低軸承的使用壽命;還要注意軸承潤滑脂的填充量,通常潤滑脂填充量為軸承內(nèi)自由空間30-50%。若填充過多,在高速情況下,特別容易引起軸承溫度升高,油脂融化并可能導(dǎo)致燃軸。
  3)油膜厚度與表面粗糙度之比叫作油膜參數(shù),以“λ”表示,實(shí)踐證明,λ<1時(shí),金屬往往處于接觸狀態(tài),成為境界潤滑而磨損,甚至可能產(chǎn)生燒傷或咬卡,導(dǎo)致軸承損壞。λ>4 時(shí),軸承壽命增大,油膜充分形成。λ=1-4 時(shí),處于彈性流體動(dòng)力潤滑區(qū)域。有關(guān)資料介紹,λ≤3時(shí),疲勞壽命急驟下降,從下表(表1)所示可看出,λ值的大小對(duì)軸承滾道疲勞剝落的影響是很大的。油膜厚度的數(shù)值很小,一般為0.05μm-0.8μm,因此,要確保形成油膜潤滑,對(duì)零件工作表面粗糙度要有一定的要求,才能保證油膜參數(shù)λ值的增大。

 

  4)軸承在其運(yùn)轉(zhuǎn)總小時(shí)數(shù)或總轉(zhuǎn)數(shù)超過軸承計(jì)算壽命后,所發(fā)生的疲勞剝落為正常失效,產(chǎn)生正常失效的原因是滾動(dòng)表面的金屬由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力循環(huán)數(shù)超過材料的疲勞極限,從次表層開始萌生疲勞裂紋,并向表面層開裂而落下金屬碎片一一剝落。軸承疲勞剝落絕大多數(shù)都是滾子和滾道母線邊緣中部呈凹狀,使?jié)L子與滾道邊緣接觸,造成邊緣地帶很大的應(yīng)力集中,加速了軸疲勞剝落的產(chǎn)生。由于滾子端面與滾子外徑垂直性不佳,會(huì)使?jié)L子歪斜,也將產(chǎn)生應(yīng)力集中,導(dǎo)致疲勞剝落的產(chǎn)生。Z好的辦法是改變滾動(dòng)體與滾道母線形狀,將滾子兩端直徑減少些,使?jié)L子和滾道母線中部帶弧度,有了弧度,接觸表面負(fù)荷分布合理,不易產(chǎn)生應(yīng)力集中,還可以減少摩擦,使軸承的壽命提高。
  2 結(jié)語
  總之,如果我們選擇合適的軸承類型、選擇正確的潤滑脂型號(hào)等,就會(huì)減少摩擦改善潤滑,使油膜充分形成并消除應(yīng)力集中,從而防止軸承疲勞剝落。延長軸承使用壽命、節(jié)約成本,創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。
  參考文獻(xiàn)
  【1】邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì)(第四版)【M】.高等教育出版社.1996
  【2】嚴(yán)雋耄主編.車輛工程(第二版)【m】.中國鐵道出版社.2004

 

來源:《科技風(fēng)》2009年09期