黎建濤，趙偉樺,楊明奇

（1.洛陽軸研科技股份有限公司,河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039）

某型號(hào)國(guó)產(chǎn)牽引電機(jī)軸承壽命對(duì)比試驗(yàn)

黎建濤1,2,3，趙偉樺1,2,3,楊明奇1,2,3

（1.洛陽軸研科技股份有限公司,河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039）

介紹了某型號(hào)國(guó)產(chǎn)牽引電機(jī)軸承與國(guó)外進(jìn)口牽引電機(jī)軸承壽命對(duì)比試驗(yàn)方案，包括試驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)頭組件及試驗(yàn)潤(rùn)滑原理及方法等，并通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果的全面對(duì)比，分析兩種軸承的性能差異。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口牽引電機(jī)軸承在各項(xiàng)性能指標(biāo)上無明顯差別。

國(guó)產(chǎn)牽引電機(jī)軸承；進(jìn)口牽引電機(jī)軸承;壽命對(duì)比；試驗(yàn)方案

1 前言

鐵路牽引電機(jī)是鐵路干線機(jī)車上用于牽引的電機(jī)，鐵路牽引電機(jī)軸承即用于支撐此類電機(jī)的軸承。在鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行中,牽引電機(jī)軸承是保證其安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一，也是易損件之一，它的可靠性及壽命等直接關(guān)系到運(yùn)輸?shù)陌踩唾|(zhì)量[1]。由于在牽引電機(jī)軸承的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等方面較先進(jìn)國(guó)家還有較大差距，因此現(xiàn)有的軸承大多依賴進(jìn)口[2]。隨著我國(guó)鐵路貨運(yùn)和客運(yùn)需求的不斷增長(zhǎng)，無論從商業(yè)化還是自主化方面，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)牽引電機(jī)軸承的技術(shù)至關(guān)重要。

本文依據(jù)某型號(hào)牽引電機(jī)軸承國(guó)產(chǎn)化的要求，模擬軸承的實(shí)際工況及使用條件，與同型號(hào)進(jìn)口軸承進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，主要從相同試驗(yàn)工況下軸承的溫升、振動(dòng)、壽命等方面加以分析。同時(shí)介紹了其試驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)頭組件、潤(rùn)滑原理及方法等。為軸承的研發(fā)設(shè)計(jì)提供一定的參考。

2 試驗(yàn)對(duì)象及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)軸承為內(nèi)圈雙擋邊的圓柱滾子軸承，軸承外圈有陶瓷涂層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，試驗(yàn)軸承的尺寸（d×D×B）為φ160mm×φ340mm×68mm。試驗(yàn)軸承的旋轉(zhuǎn)方式為內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)；潤(rùn)滑油為SHC 634齒輪油，潤(rùn)滑方式為浸油潤(rùn)滑；試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為2 360r/min；單套軸承承受的徑向載荷為80kN；試驗(yàn)時(shí)間為3 000h。

圖1 試驗(yàn)軸承結(jié)構(gòu)

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)機(jī)主體

試驗(yàn)機(jī)主體為試驗(yàn)機(jī)的核心部件，其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，主要由試驗(yàn)頭組件、徑向和軸向加載組件、傳動(dòng)組件等組成。本試驗(yàn)機(jī)為方箱結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)主體及傳動(dòng)組件位于平臺(tái)上，通過聯(lián)軸節(jié)相連；驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于平臺(tái)下方，通過皮帶與傳動(dòng)帶輪相連，從而驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；徑向和軸向加載機(jī)構(gòu)分別位于主體側(cè)方，通過油缸輸入一定的壓力油，實(shí)現(xiàn)徑向和軸向加載。

圖2 試驗(yàn)機(jī)主體結(jié)構(gòu)

3.2 試驗(yàn)頭組件

試驗(yàn)頭是試驗(yàn)主體的核心組件，結(jié)構(gòu)如圖 3所示。試驗(yàn)軸承位于中間，一次試驗(yàn)兩套，兩端為相同型號(hào)的軸承作為陪試軸承。最左端的深溝球軸承作為定位軸承，防止軸系竄動(dòng)。試驗(yàn)軸承內(nèi)外圈按照實(shí)際裝配條件均設(shè)計(jì)為過盈配合。陪試軸承設(shè)計(jì)成內(nèi)圈過盈配合、外圈間隙配合，以便拆裝。

兩套試驗(yàn)軸承中，一套為國(guó)產(chǎn)軸承，另一套為進(jìn)口軸承（作為對(duì)比試驗(yàn)軸承）。試驗(yàn)過程中除了監(jiān)測(cè)四套軸承外圈溫度，還對(duì)試驗(yàn)軸承座溫度及振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，以便多方面作對(duì)比。

3.3 潤(rùn)滑原理及方法

本試驗(yàn)的潤(rùn)滑原理圖如圖 4 所示。試驗(yàn)時(shí)潤(rùn)滑油從主體底部進(jìn)入內(nèi)部箱體，從上部抽回到油箱?；赜凸苌钊氲街黧w箱體的深度決定了軸承的浸油深度。調(diào)節(jié)兩個(gè)截止閥可使進(jìn)、回油油量達(dá)到相對(duì)平衡，以保證浸油液面高度的穩(wěn)定?；赜吐飞涎b有回油冷卻裝置，保證試驗(yàn)進(jìn)油溫度與試驗(yàn)軸承運(yùn)行溫度有一定的溫度差值。溫度傳感器6 用來測(cè)量油箱溫度。

圖3 試驗(yàn)頭結(jié)構(gòu)

圖4 潤(rùn)滑原理

本試驗(yàn)潤(rùn)滑油采用專用齒輪油SHC634，在常溫時(shí)黏度較大，隨著溫度升高，黏度會(huì)慢慢變小。試驗(yàn)開始進(jìn)行時(shí)，溫度較低，潤(rùn)滑油黏度較大，為保證進(jìn)回油油量平衡，可通過調(diào)節(jié)兩個(gè)截止閥減小進(jìn)油油量。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，試驗(yàn)軸承溫度升高，油箱溫度也隨之升高，此時(shí)，油的黏度變小。為了帶走軸承較多的熱量，保證試驗(yàn)正常平穩(wěn)進(jìn)行，可通過兩個(gè)截止閥將進(jìn)油量調(diào)大。

3.4 試驗(yàn)主軸校核

試驗(yàn)主軸是整個(gè)試驗(yàn)主體的旋轉(zhuǎn)件，其工作能力及可靠性對(duì)整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行可靠性起至關(guān)重要的作用。由于主軸運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速較低，因此只對(duì)其靜態(tài)性能進(jìn)行校核。

借助Solidworks軟件中的Simulation工具對(duì)軸的剛度及強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。圖 5 為試驗(yàn)主軸在最大試驗(yàn)載荷條件下的應(yīng)力云圖，由圖可知最大彎曲應(yīng)力值為σmax=19.5MPa，軸選用合金鋼材料，其許用彎曲應(yīng)力[σ-1]=75 MPa＞σmax，故試驗(yàn)主軸的強(qiáng)度滿足要求。圖 6 為試驗(yàn)主軸在最大試驗(yàn)載荷條件下的位移云圖，由圖可知軸的最大彎曲變形Ymax=0.006mm，軸的允許撓度[Y]=0.0002×L=0.087mm[3]，式中L為主軸兩支點(diǎn)跨距，因此可知試驗(yàn)主軸剛度滿足要求。

圖5 主軸應(yīng)力云圖

圖6 主軸位移云圖

4 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)軸承在規(guī)定試驗(yàn)條件下進(jìn)行3 000h的耐久性能試驗(yàn)。試驗(yàn)過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)完成后對(duì)試驗(yàn)軸承進(jìn)行拆機(jī)檢查，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線，將兩個(gè)試驗(yàn)軸承的溫升、振動(dòng)及拆解后外觀進(jìn)行多方面對(duì)比分析。

4.1 試驗(yàn)軸承的溫升與振動(dòng)

從圖 7 溫度對(duì)比曲線圖可以看出，試驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定后兩套試驗(yàn)軸承溫度相差3℃左右，在正常溫差范圍內(nèi)；相對(duì)于油箱溫度，兩套試驗(yàn)軸承溫度升高36℃左右。

從圖 8 振動(dòng)對(duì)比曲線圖可以看出，試驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定后兩套試驗(yàn)軸承振動(dòng)有大概0.2g（重力加速度）差值，在正常差值范圍內(nèi)。

圖7 溫度對(duì)比曲線

圖8 振動(dòng)對(duì)比曲線

4.2 試驗(yàn)軸承外觀

對(duì)試驗(yàn)軸承進(jìn)行了分解檢查，分解檢查的結(jié)果見表 1。

表1 軸承分解檢查結(jié)果

圖9 外圈滾道面

圖10 內(nèi)圈滾道面

圖11 內(nèi)圈擋邊面

圖12 滾子滾動(dòng)面

圖13 滾子端面

圖14 保持架

5 結(jié)束語

通過兩套軸承的試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1） 國(guó)產(chǎn)牽引電機(jī)軸承與進(jìn)口牽引電機(jī)軸承均完成了3 000 h壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)后軸承外觀檢查正常，未見疲勞剝落、零件變形、裂紋、保持架斷裂等明顯異常，說明兩套軸承均通過了3 000 h試驗(yàn)考核。

（2）在試驗(yàn)過程中，兩套軸承均運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，主要試驗(yàn)參數(shù)溫度、振動(dòng)等示值無明顯差異，說明國(guó)產(chǎn)牽引電機(jī)軸承的綜合性能已達(dá)到或接近進(jìn)口軸承的質(zhì)量水平。

[1] 施洪生.高速牽引電機(jī)軸承試驗(yàn)原理及實(shí)踐[J].潤(rùn)滑與密封, 2007,(3)：179-181.

[2] 何強(qiáng).高速列車軸承的發(fā)展趨勢(shì)[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào),2012,(3)：58-64.

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

（編輯：鐘 媛）

Life comparison test for a domestic traction motor bearing

Li Jiantao1,2,3, Zhao Weihua1,2,3, Yang Mingqi1,2,3
( 1.Luoyang Bearing Science & Technology Co.,Ltd.,Luoyang 471039, China; 2.Henan Key Laboratory of High Performance Bearing Technology,Luoyang 471039,China; 3. Strategic Alliance for Technology Innovation in Rolling Bearing Industry,Luoyang 471039,China )

This paper introduces the test scheme of the life comparison test for the domestic and the imported foreign traction motor bearing, including the main structure of the tester, the bearing head and the test lubrication principle and method,etc,and through a comprehensive comparison of the test data and test results ,the two kinds of bearing performance differences are analyzed. The test results show that domestic and imported traction motor bearing has no obvious difference on the various performance indicators.

domestic traction motor bearing; imported traction motor bearing ;life comparison; test scheme

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0024-03

2017-02-03.

黎建濤（1988-），男，助理工程師.