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王長江　楊振中　鄭宇華
（南車株洲電機有限公司，412001）

　　摘　要：文章對異步牽引電機軸承Z佳潤滑脂量進行探究，通過在軸承中填充不同的潤滑脂量，以試驗數(shù)據(jù)分析軸承溫升的變化趨勢，確定在軸承內(nèi)形成Z佳潤滑時，軸承內(nèi)潤滑脂加入量的工藝值。
　　關(guān)鍵詞：異步牽引電機；軸承溫升；潤滑脂；填充量
　　應(yīng)用于我國鐵路運輸?shù)哪承彤惒綘恳姍C軸功率為300kW，額定轉(zhuǎn)速4140r/min，Z高使用轉(zhuǎn)速6120r/min，Z高試驗轉(zhuǎn)速7040r/min。牽引電機軸承在高速旋轉(zhuǎn)下，潤滑脂的填充量極為關(guān)鍵，如果潤滑脂填充量不夠，無法在軸承內(nèi)形成良好的潤滑脂膜，滾動體表面與軸承滾道面因接觸造成表面油膜剝落導(dǎo)致軸承故障；反之，潤滑脂填充量過多，潤滑脂膜厚，滾動體與軸承滾道面之間摩擦阻力加大使得溫升增加，潤滑脂劣化導(dǎo)致潤滑膜失效，也會造成軸承故障。因此，潤滑技術(shù)已經(jīng)成為軸承技術(shù)研究的重要部分，相對于滾動軸承的內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架，潤滑脂被稱為“滾動軸承的第5個零件”。
　　1　潤滑脂量計算
　　參考文獻^[4]認(rèn)為，軸承初始潤滑分為走合階段和正常運行階段。軸承初始填充的潤滑脂經(jīng)過走合階段后，在軸承滾動體、滾道和保持架的相互接觸面上，籍尖劈作用形成一層潤滑脂膜，從而進入軸承正常運行階段。長期擔(dān)任潤滑作用，主要由這層潤滑脂膜來承擔(dān)，軸承潤滑狀態(tài)見圖1。

　　目前，已有大量的對軸承Z小潤滑脂膜厚計算的研究，特別是以Dowson-Higginson線接觸彈流膜厚公式為典型式^[2]。在此基礎(chǔ)上，軸承廠家推薦的初始潤滑軸承潤滑脂Z小填充量經(jīng)驗公式如下：

　　V=f10^-5（D²-d²）B

　　式中：V—填充量　cm³；D—軸承外徑　mm；d—軸承內(nèi)徑　mm；B—軸承寬度　mm；f—3.6。

　　根據(jù)該公式計算，得出某型異步牽引電機的滾動軸承潤滑脂加入量為14.5g。
　　2　溫升試驗
　　上述理論分析的流體潤滑計算是按等黏度進行的，也就是說忽略了潤滑膜溫度場的影響。然而，對于高速旋轉(zhuǎn)軸承，溫度明顯改變了潤滑脂的黏度，進而影響壓力分布和承載能力。同時，潤滑表面由于溫升而產(chǎn)生的熱變形使間隙形狀改變，從而影響潤滑性能。因此，要確保批量產(chǎn)品的潤滑性能，就必須通過溫升試驗對理論數(shù)據(jù)進行修正。
　　通過測量軸承溫升，能判斷出軸承內(nèi)部的潤滑脂情況。圖2是三個軸承溫升的示例，曲線1是一個比較正常的狀態(tài)，即經(jīng)過短時間走合，溫度下降，并且平衡在一個較低的水平；曲線2處于中間，如果平衡溫度不太高，可視為正常，如果接近界限溫度，需要找出原因；出現(xiàn)曲線3的情況，無疑要停下來拆檢，除軸承和裝配上的原因外，還需考慮是否由于潤滑脂而產(chǎn)生的溫升異常。

　　2.1　試驗方案
　　對新造的牽引電機進行溫升試驗數(shù)據(jù)的采集，以確定Z佳初始潤滑脂加入值。為防止由于軸承加脂量不夠、潤滑不良而引起軸承損壞，試驗沒有對低于理論計算要求的加脂量的情況進行分析。
　　工藝上采用動態(tài)加脂法將潤滑脂加入軸承內(nèi)（精度：±0.1g），確保指定量的潤滑脂均勻地沿圓周擠進軸承的空腔內(nèi)，加脂完成后將軸承正反轉(zhuǎn)幾次，使軸承得到良好的初始潤滑?？紤]到潤滑脂填充的過程中工藝損耗量為1~2g，制定了如表1的試驗方案。

　　2.2　試驗結(jié)果及分析
　　圖3~圖5為根據(jù)上述三個實驗方案得出的溫升曲線圖。

　　由圖3~圖5可知，Z高溫升值與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度直接影響了電機整體散熱，但建立起良好潤滑油膜后溫升趨于下降。但如果潤滑脂填充量增大，對軸承溫升有明顯影響，峰值溫升（Z高溫升）、平衡溫升（峰值后趨于穩(wěn)定的溫升）都有明顯的變化。
　　根據(jù)圖3，軸承填充量在16g的時候，三個試驗軸承的溫升峰點出現(xiàn)的時間一致性較差，過了峰值后的溫升下降快慢的一致性也較差，說明以16g潤滑脂的量建立的潤滑油膜，軸承溫升的散熱的穩(wěn)定性不好。根據(jù)圖5，滾柱軸承填充量達到19g，溫升峰值明顯增大，Z高溫升出現(xiàn)時間晚，溫升下降慢，說明該填充量在軸承內(nèi)建立一個穩(wěn)定的油膜需要的時間更長，軸承發(fā)熱量更大，確認(rèn)為潤滑脂量偏多。根據(jù)圖4，填充量17.5g的溫升曲線變化趨勢較為一致，因此確定為形成Z佳初始潤滑，工藝上的潤滑脂填充量數(shù)已確定為17~18g。2.3 工藝控制 潤滑問題的Z終表現(xiàn)是潤滑失效造成軸承溫升驟升，因此對軸承溫升進行有效控制至關(guān)重要。
　　目前，在牽引電機制造工藝上，通過提高軸承裝配環(huán)境的清潔度、動態(tài)定量加潤滑脂、專人負(fù)責(zé)加潤滑脂工序等方法保證軸承裝配質(zhì)量。同時，建立電機溫升數(shù)據(jù)庫，通過對溫升數(shù)據(jù)的監(jiān)控掌握軸承潤滑情況。采用此工藝控制的異步牽引電機已有逾千臺，累計安全運營達200多萬公里，截至目前未發(fā)生一起因軸承潤滑失效造成的軸承故障，實現(xiàn)了軸承潤滑質(zhì)量“零缺陷”的目標(biāo)。
　　3　結(jié)語
　　異步牽引電動機的軸承與潤滑是當(dāng)今世界軌道交通的一個熱門話題，隨著節(jié)能減排工作日益受到重視，高效節(jié)能的異步牽引電機應(yīng)用將更為廣泛，軸承潤滑技術(shù)的研究也將更為深入。
　　本文從理論角度探究軸承Z佳初始潤滑值與溫升的關(guān)系，通過試驗數(shù)據(jù)就潤滑脂加入量對軸承溫升的影響進行了分析，確定了潤滑脂加入量的工藝控制量，從而提高了批量電機軸承運行可靠性，也為其它軸承結(jié)構(gòu)的潤滑填充量與溫升關(guān)系的研究提供了參考數(shù)據(jù)，將進一步提高牽引電機的質(zhì)量和性能。
　　參考文獻
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　　[2] 溫詩鑄，黃平.摩擦學(xué)原理[M]（第3版）.北京：清華大學(xué)出版社，2008.
　　[3] NSK滾動軸承技術(shù)手冊[S]．
　　[4] 王世芳.軸承潤滑與潤滑脂的流變性[J].潤滑與密封，1980，6.
　　[5] SKF軸承綜合型錄[S].
 

來源：《電機技術(shù)》2013年第1期