吳亮 王東道 安靖宇 于飛

摘 要：對(duì)某型號(hào)軌道交通用齒輪箱進(jìn)行-35℃低溫試驗(yàn)時(shí)，主動(dòng)齒輪側(cè)軸承在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)燒損的情況。對(duì)燒損原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)選用的潤(rùn)滑油傾點(diǎn)無法滿足低溫試驗(yàn)的要求，更換耐低溫的潤(rùn)滑油后，試驗(yàn)順利完成。

關(guān)鍵詞：軌道交通齒輪箱;軸承燒損;低溫試驗(yàn);潤(rùn)滑油

軌道交通用齒輪箱作為車輛走行部的關(guān)鍵零部件，設(shè)計(jì)完成后需進(jìn)行型式試驗(yàn)，驗(yàn)證齒輪箱的性能能否滿足車輛的使用條件。根據(jù)客戶要求某型軌道交通齒輪箱需在-35℃時(shí)進(jìn)行低溫試驗(yàn)，驗(yàn)證齒輪箱在低溫環(huán)境下的運(yùn)行性能。

1 問題描述及原因分析

齒輪箱齒輪采用漸開線斜齒輪，主動(dòng)齒輪側(cè)軸承采用圓錐滾子軸承，面對(duì)面的布置型式，安裝后兩個(gè)軸承間存在合理的間隙，軸承布置型式見圖1。潤(rùn)滑油采用A型潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油的相關(guān)參數(shù)見表1，潤(rùn)滑油油量及沒齒量符合成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)要求。齒輪箱采用成熟的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)。

試驗(yàn)曲線模擬車輛的運(yùn)行，齒輪箱在低溫環(huán)境下按照車輛的加速度升到最高轉(zhuǎn)速，并按照最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行一段時(shí)間，試驗(yàn)曲線如圖2所示。

試驗(yàn)過程中軸承部位出現(xiàn)溫度迅速上升，齒輪箱振動(dòng)明顯增大的情況。停止試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)齒輪箱進(jìn)行分解。拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)磁性螺堵上存在異常吸附物（圖3a），箱體內(nèi)部存在軸承異常磨損的片狀碎片（圖3b），主動(dòng)齒輪側(cè)軸承燒損變黑，滾子大端端面剝離嚴(yán)重（圖3c），潤(rùn)滑油附著在內(nèi)壁上。

2 原因分析

對(duì)軸承燒損的原因進(jìn)行分析。

潤(rùn)滑油油量及沒齒量參照成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，不存在潤(rùn)滑油油量不足的情況;潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)采用成熟的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，其他試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)軸承溫升正常，不存在潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)不合理的情況;排查齒輪箱的組裝記錄，組裝的軸承間隙在要求的范圍之內(nèi)，不存在組裝不到位的情況。

潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度隨著溫度的降低而變大，流動(dòng)性變差，齒輪箱低溫試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)電機(jī)負(fù)載大，啟動(dòng)困難的情況。查看潤(rùn)滑油的物化參數(shù)，潤(rùn)滑油的傾點(diǎn)為-37.5℃，在-35℃時(shí)潤(rùn)滑油已基本不具備流動(dòng)性。潤(rùn)滑油選型不當(dāng)可能是造成軸承燒損的原因。

對(duì)軸承燒損的過程進(jìn)行分析;試驗(yàn)開始時(shí)軸承內(nèi)圈與軸承外圈間存在間隙，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)無異常，如圖4所示。低溫環(huán)境下由于潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度增大，流動(dòng)性變差，潤(rùn)滑油無法順利地通過齒輪箱的潤(rùn)滑油路對(duì)軸承部位進(jìn)行潤(rùn)滑，軸承滾子與軸承之間無法形成油膜，滾子與滾道干摩導(dǎo)致軸承溫度迅速升高，箱體與軸承座受環(huán)境溫度的影響處于低溫狀態(tài)。假設(shè)軸承燒損時(shí)軸承內(nèi)圈與外圈的溫度為50℃，相對(duì)于齒輪箱箱體及軸承座（-35℃）的溫差為85℃，根據(jù)線性膨脹系數(shù)計(jì)算，軸承間間隙縮小了約0.14 mm。滾子側(cè)面與軸承外圈、滾子大端端面與軸承內(nèi)圈完全貼死，如圖4所示，在電機(jī)的帶動(dòng)下軸承劇烈摩擦，最終燒損。

3 解決方案及驗(yàn)證

選取一款傾點(diǎn)更低，低溫環(huán)境下流動(dòng)性更好的B型潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油參數(shù)見表2。

正式試驗(yàn)前先對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行初步驗(yàn)證，選取A型潤(rùn)滑油及B型潤(rùn)滑油，放置在透明容器中，對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行降溫，當(dāng)溫度達(dá)到-35℃時(shí)，將透明容器倒置，A型潤(rùn)滑油已不能流動(dòng)，形似固體狀態(tài);B型潤(rùn)滑油能流動(dòng)下來。初步驗(yàn)證，B款潤(rùn)滑油在低溫情況下流動(dòng)性要優(yōu)于A款潤(rùn)滑油。

對(duì)齒輪箱清洗重新組裝后，使用B款潤(rùn)滑油進(jìn)行低溫試驗(yàn)，試驗(yàn)順利通過。

4 結(jié)論

軌道交通齒輪箱低溫試驗(yàn)軸承燒損是由于潤(rùn)滑油選型不當(dāng)導(dǎo)致，選取的潤(rùn)滑油傾點(diǎn)不能滿足低溫試驗(yàn)的需求，更換傾點(diǎn)滿足低溫要求的潤(rùn)滑油后，低溫試驗(yàn)順利通過。齒輪箱設(shè)計(jì)選取潤(rùn)滑油時(shí)需注意潤(rùn)滑油的物化參數(shù)，選擇傾點(diǎn)滿足設(shè)計(jì)要求的潤(rùn)滑油。

參考文獻(xiàn)：

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