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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：隨著經濟的發展和社會的進步，交通問題嚴重制約著我國城市的發展。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展。與此同時與之配套的地鐵列車軸承發展也很快，例如南口、洛軸、西軸等各專業廠家，推進了國內滾動軸承的迅速發展。
　　關鍵詞：軸承；磨損；潤滑
　　1　滾動軸承的結構與特點
　　1.1 滾動軸承的特點
　　1）摩擦力小。滾動軸承是將滑動軸承的滑動摩擦轉化成滾動摩擦，大大降低了摩擦系數，減小了摩擦力。一般滑動軸承的摩擦系數為0.08-0.12，而滾動軸承的摩擦系數僅為0.001-0.005。
　　2）速度高、載荷大。據統計，使用滑動軸承，車軸載荷14t時，Z高速度達80km/h；改用滾動軸承后，車軸載荷為20t，Z高速度可達120km/h。
　　3）壽命長、安全性高。由于滑動軸承康擦力大，軸頸磨損很快，而滾動軸承幾乎沒有磨損。
　　4）費用低。滾動軸承用軸承鋼制造，并經過熱處理，因此，滾動軸承不僅具有較高的機械性能和較長的使用壽命，而且可以節省制造滑動軸承所用的價格較為昂貴的有色金屬。
　　5）維修方便。目前滾動軸承已實現標準化、系列化、通用化，適于大批量生產和供應，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密封式雙列圓錐滾子軸承。如廣州地鐵除一號線車輛使用圓柱滾子軸承之外，二號線、三號線、四號線使用的均是密封式雙列圓錐滾子軸承。廣州地鐵二號線軸箱軸承采用的是SKF生產的型號為BTZ-8545-01和BTZ-8545-02密封式雙列圓錐滾子軸承。
　　1.2 廣州地鐵二號線軸箱軸承（BTZ一8545雙列圓錐滾子軸承）具有的特點
　　1）傳動效率高，發熱量少，因此可以減少潤滑油的消耗，潤滑維護較為省事。
　　2）重量輕、體積小、安裝方便。安裝時無需另行調整和加油（出廠時已填充好潤滑脂）。
　　3）是密封型的雙列圓錐滾子軸承，系密封系列產品。可防水防塵。
　　4）軸承可根據軸徑選配。
　　5）額定壽命約為一百二十萬公里。
　　1.3 廣州地鐵二號線軸箱軸承（BTZ一8545雙列圓錐滾子軸承）關健技術分析
　　1）圓錐滾子軸承有圓錐形內圈和外圈滾道，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相聚。這種設計使圓錐滾子軸承特別適合承受復合（徑向與軸向）負荷。軸承的軸向負荷能力大部分是由接觸角α決定（如圖1）；α角度越大，軸向負荷能力就越高（如圖2）。角度大小用計算系數e來表示；e值越大，接觸角度越大，軸承承受軸向負荷的適用性就越大。由于滾子端面與內套擋邊在軸承工作狀態是滑動摩擦，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，導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，對運行一個架修期（5年）進行架修的BTZ一8545軸承進行分析發現，滾子端面與套圈擋邊接觸于油溝附近的滑動摩損Z少，潤滑條件Z佳。因為滾子端面呈球面，擋邊表面母線是直線，接觸為點接觸，接觸點在油溝附近，使擋邊的工作表面外部與滾子端面形成一個間隙，保證了潤滑的充分，防止了干摩擦的產生。

 

　　2）根據軸承的類型、尺寸和運轉條件的不同，選用不同的潤滑劑和潤滑方法。滾動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、滾動表面和滑動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潤滑脂工作條件惡化，老化加速，粘度下降，導致甩油現象的發生，廣州地鐵二號線輪軸軸承當初采用的是SHELLALVANIA2760B軸承潤滑脂，在長時間的使用后發現數列車都出現了由于潤滑脂粘度下降導致甩油的現象。而在我們把潤滑油的型號更改為KAJOWae-zlagerfett08530之后甩油現象已經基本絕跡。可見正確選用潤滑脂是非常重要的。另外軸承對潤滑脂的清潔度也有較高的要求，雜質混入潤滑脂中，特別是固體金屬夾雜物，會使軸承磨損加快，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，油脂融化并可能導致燃軸。
　　3）油膜厚度與表面粗糙度之比叫作油膜參數，以“λ”表示，實踐證明，λ<1時，金屬往往處于接觸狀態，成為境界潤滑而磨損，甚至可能產生燒傷或咬卡，導致軸承損壞。λ>4 時，軸承壽命增大，油膜充分形成。λ=1-4 時，處于彈性流體動力潤滑區域。有關資料介紹，λ≤3時，疲勞壽命急驟下降，從下表（表1）所示可看出，λ值的大小對軸承滾道疲勞剝落的影響是很大的。油膜厚度的數值很小，一般為0.05μm-0.8μm，因此，要確保形成油膜潤滑，對零件工作表面粗糙度要有一定的要求，才能保證油膜參數λ值的增大。

 

　　4）軸承在其運轉總小時數或總轉數超過軸承計算壽命后，所發生的疲勞剝落為正常失效，產生正常失效的原因是滾動表面的金屬由于運轉時的應力循環數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都是滾子和滾道母線邊緣中部呈凹狀，使滾子與滾道邊緣接觸，造成邊緣地帶很大的應力集中，加速了軸疲勞剝落的產生。由于滾子端面與滾子外徑垂直性不佳，會使滾子歪斜，也將產生應力集中，導致疲勞剝落的產生。Z好的辦法是改變滾動體與滾道母線形狀，將滾子兩端直徑減少些，使滾子和滾道母線中部帶弧度，有了弧度，接觸表面負荷分布合理，不易產生應力集中，還可以減少摩擦，使軸承的壽命提高。
　　2　結語
　　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等，就會減少摩擦改善潤滑，使油膜充分形成并消除應力集中，從而防止軸承疲勞剝落。延長軸承使用壽命、節約成本，創造更多經濟效益。
　　參考文獻
　　【1】邱宣懷主編.機械設計（第四版）【M】.高等教育出版社.1996
　　【2】嚴雋耄主編.車輛工程（第二版）【m】.中國鐵道出版社.2004

 

來源：《科技風》2009年09期