浅析广州地铁二号线轮的轴承特点与影响其寿命的因素

刘伟
（广州市地下铁道总公司车辆中心大修部，广东　广州　510380）

　　摘　要：随着经济的发展和社会的进步，交通问题严重制约着我国城市的发展。地铁作为有效解决城市交通问题的途径，近年来取得长足的发展。与此同时与之配套的地铁列车轴承发展也很快，例如南口、洛轴、西轴等各专业厂家，推进了国内滚动轴承的迅速发展。
　　关键词：轴承；磨损；润滑
　　1　滚动轴承的结构与特点
　　1.1 滚动轴承的特点
　　1）摩擦力小。滚动轴承是将滑动轴承的滑动摩擦转化成滚动摩擦，大大降低了摩擦系数，减小了摩擦力。一般滑动轴承的摩擦系数为0.08-0.12，而滚动轴承的摩擦系数仅为0.001-0.005。
　　2）速度高、载荷大。据统计，使用滑动轴承，车轴载荷14t时，Z高速度达80km/h；改用滚动轴承后，车轴载荷为20t，Z高速度可达120km/h。
　　3）寿命长、安全性高。由于滑动轴承康擦力大，轴颈磨损很快，而滚动轴承几乎没有磨损。
　　4）费用低。滚动轴承用轴承钢制造，并经过热处理，因此，滚动轴承不仅具有较高的机械性能和较长的使用寿命，而且可以节省制造滑动轴承所用的价格较为昂贵的有色金属。
　　5）维修方便。目前滚动轴承已实现标准化、系列化、通用化，适于大批量生产和供应，使用和维修十分方便；目前，我国大部分地铁车辆车轴主要采用的是免维护密封式双列圆锥滚子轴承。如广州地铁除一号线车辆使用圆柱滚子轴承之外，二号线、三号线、四号线使用的均是密封式双列圆锥滚子轴承。广州地铁二号线轴箱轴承采用的是SKF生产的型号为BTZ-8545-01和BTZ-8545-02密封式双列圆锥滚子轴承。
　　1.2 广州地铁二号线轴箱轴承（BTZ一8545双列圆锥滚子轴承）具有的特点
　　1）传动效率高，发热量少，因此可以减少润滑油的消耗，润滑维护较为省事。
　　2）重量轻、体积小、安装方便。安装时无需另行调整和加油（出厂时已填充好润滑脂）。
　　3）是密封型的双列圆锥滚子轴承，系密封系列产品。可防水防尘。
　　4）轴承可根据轴径选配。
　　5）额定寿命约为一百二十万公里。
　　1.3 广州地铁二号线轴箱轴承（BTZ一8545双列圆锥滚子轴承）关健技术分析
　　1）圆锥滚子轴承有圆锥形内圈和外圈滚道，圆锥滚子排列在两者之间。所有圆锥表面的投影线都在轴承轴线的同一点相聚。这种设计使圆锥滚子轴承特别适合承受复合（径向与轴向）负荷。轴承的轴向负荷能力大部分是由接触角α决定（如图1）；α角度越大，轴向负荷能力就越高（如图2）。角度大小用计算系数e来表示；e值越大，接触角度越大，轴承承受轴向负荷的适用性就越大。由于滚子端面与内套挡边在轴承工作状态是滑动摩擦，如果不能选择合理的几何形状，就不能保证良好的接触和充分润滑状态，导致滚子端面与挡边干摩擦，引起温度骤增，使轴承很快烧伤、损坏。为此，对运行一个架修期（5年）进行架修的BTZ一8545轴承进行分析发现，滚子端面与套圈挡边接触于油沟附近的滑动摩损Z少，润滑条件Z佳。因为滚子端面呈球面，挡边表面母线是直线，接触为点接触，接触点在油沟附近，使挡边的工作表面外部与滚子端面形成一个间隙，保证了润滑的充分，防止了干摩擦的产生。

 

　　2）根据轴承的类型、尺寸和运转条件的不同，选用不同的润滑剂和润滑方法。滚动轴承的润滑剂一般采用油和脂两种，润滑油性 能好坏接影响轴承性能和使用寿命。注脂量的多少、密封不严、滚动表面和滑动表面的加工精度低和几何性状差使油膜形成不充分等，也能造成温度升高使润滑脂工作条件恶化，老化加速，粘度下降，导致甩油现象的发生，广州地铁二号线轮轴轴承当初采用的是SHELLALVANIA2760B轴承润滑脂，在长时间的使用后发现数列车都出现了由于润滑脂粘度下降导致甩油的现象。而在我们把润滑油的型号更改为KAJOWae-zlagerfett08530之后甩油现象已经基本绝迹。可见正确选用润滑脂是非常重要的。另外轴承对润滑脂的清洁度也有较高的要求，杂质混入润滑脂中，特别是固体金属夹杂物，会使轴承磨损加快，从而降低轴承的使用寿命；还要注意轴承润滑脂的填充量，通常润滑脂填充量为轴承内自由空间30-50%。若填充过多，在高速情况下，特别容易引起轴承温度升高，油脂融化并可能导致燃轴。
　　3）油膜厚度与表面粗糙度之比叫作油膜参数，以“λ”表示，实践证明，λ<1时，金属往往处于接触状态，成为境界润滑而磨损，甚至可能产生烧伤或咬卡，导致轴承损坏。λ>4 时，轴承寿命增大，油膜充分形成。λ=1-4 时，处于弹性流体动力润滑区域。有关资料介绍，λ≤3时，疲劳寿命急骤下降，从下表（表1）所示可看出，λ值的大小对轴承滚道疲劳剥落的影响是很大的。油膜厚度的数值很小，一般为0.05μm-0.8μm，因此，要确保形成油膜润滑，对零件工作表面粗糙度要有一定的要求，才能保证油膜参数λ值的增大。

 

　　4）轴承在其运转总小时数或总转数超过轴承计算寿命后，所发生的疲劳剥落为正常失效，产生正常失效的原因是滚动表面的金属由于运转时的应力循环数超过材料的疲劳极限，从次表层开始萌生疲劳裂纹，并向表面层开裂而落下金属碎片一一剥落。轴承疲劳剥落绝大多数都是滚子和滚道母线边缘中部呈凹状，使滚子与滚道边缘接触，造成边缘地带很大的应力集中，加速了轴疲劳剥落的产生。由于滚子端面与滚子外径垂直性不佳，会使滚子歪斜，也将产生应力集中，导致疲劳剥落的产生。Z好的办法是改变滚动体与滚道母线形状，将滚子两端直径减少些，使滚子和滚道母线中部带弧度，有了弧度，接触表面负荷分布合理，不易产生应力集中，还可以减少摩擦，使轴承的寿命提高。
　　2　结语
　　总之，如果我们选择合适的轴承类型、选择正确的润滑脂型号等，就会减少摩擦改善润滑，使油膜充分形成并消除应力集中，从而防止轴承疲劳剥落。延长轴承使用寿命、节约成本，创造更多经济效益。
　　参考文献
　　【1】邱宣怀主编.机械设计（第四版）【M】.高等教育出版社.1996
　　【2】严隽耄主编.车辆工程（第二版）【m】.中国铁道出版社.2004

 

来源：《科技风》2009年09期