客车转向架轴承常见故障分析

郭常鹏+刘坤+齐欣雨

摘 要：轴承是客车车辆不可缺少的重要走行部件，在铁路客车高速运营的条件下，转向架轴承一旦发生故障，若不及时发现，会导致热轴、燃轴等事故的发生。对轴承故障的原因分析可以减少或杜绝事故的发生，以保证安全、可靠、有效、经济的完成旅客的运输任务，对铁路客车的安全运行具有重大意义。本文通过对客车轴承常见故障的跟踪检查，对故障发生原因进行了分析，以期更好的提高转向架轴承的稳定使用，确保客车运行的顺利有序。

关键词：客车转向架；滚动轴承；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.010

0 引言

铁路客车是我国轨道交通的主力军，它承载着乘客的生命与安全。随着铁路客车不断的提速以及车辆使用率的提高， 车辆在运用中出现的车辆故障也日益突出，特别是轴承故障的大幅度增加。车辆在运行中，受速度、交路、线路运行条件的影响，轴承零部件会发生磨耗、松弛、变形、锈蚀、裂损等故障，因此，对轴承故障的分析有助于减少或杜绝事故的发生，最大限度地发挥轴承的工作潜力[1]。

1 客车转向架轴承的结构

客车转向架轴承包括四部分：内圈、外圈、滚动体和保持架。

轴承内圈与轴固定在一起，轴带动内圈旋转；轴承外圈与轴箱固定在一起起支撑作用。

滚动体为滚动轴承中的关键零件，它处于内、外圈工作面中间，使相对运动表面间的滑动摩擦转变为滚动摩擦。

保持架将轴承中的滚动体均匀分布，主要对滚动体起保持作用，避免滚动体偏离正确的滚道，同时使轴承润滑性能和内部载荷分配得到改善[2]。

2 客车转向架轴承的故障型式

轴承故障有六种主要的损伤/故障形态，分别为：疲劳、磨损、腐蚀、电蚀、塑性变形、断裂或开裂，这些分类主要以滚动体接触面以及其它功能表面上可见的特征以及区别各种损伤/故障原理的特征为基础。大部分轴承损伤都与这六种主要形态及其子形态有关。

2.1 疲劳

疲劳是指因滚动体和滚道接触面产生的周期性循环接触应力而导致材料组织发生变化。通常，疲劳表现为剥离或者脱落，即材料裂纹。

（1）次表面疲劳。在周期性循环应力的作用下，材料会发生疲劳，滚道表面内部会因结构变化并产生微裂纹。当这些裂纹发展到表面时，材料便会变得松弛并剥落。如果轴承工作条件异常，轴承的某些区域便会过载，从而导致早期疲劳。还有轴承材质不纯净，夹杂氧化物等杂质时，导致轴承疲劳。

预防措施：

·检查轴颈、轴箱是否符合要求；

·检查载荷条件。

（2）表面疲劳。表面疲劳通常由于润滑不足导致。如果润滑脂量或者润滑脂的选择不当，或者润滑脂被污染，轴承产生微剥落并逐渐扩展成较大的碎片。最后，承载区周围以及旋转内圈上会形成完全剥落或磨损。

预防措施：

· 检查润滑脂是否合适；

· 检查润滑脂量是否足够；

· 检查密封状态是否有效。

2.2 磨损

磨损是指，因两个滑动面或者滑动—滚动接触面在工作中的相互作用造成材料逐渐被磨除。

（1）磨粒磨损。磨粒磨损是指材料逐渐被磨除。这种磨损主要由于润滑不足所致，滚道、滚动体和保持架都会因为磨耗而受损。通常情况下，磨耗磨损的速度会越来越快，因为磨损颗粒会进一步降低润滑脂的润滑性能，从而破坏轴承的微观结构。

轴承在使用的过程中，轴承部件表面镜面磨光的磨损是可以接受的。如果磨损导致轴承工作表面产生指甲能够感觉到或其它试验探棒能够探测到的有脊磨痕，则该轴承应报废处理。

预防措施：

·检查密封件性能，是否有污染颗粒侵入。

·检查润滑脂中是否有杂质。

（2）粘着磨损。粘着磨损通常是指，一个表面的材料因为摩擦产生的热量（有时是因为表面回火或二次硬化）转移到了另一个表面上。粘着磨损会导致局部应力集中和接触面剥落，通常是由于润滑不足所致。

如果轴承的粘着磨损部位有触感，或可通过指甲滑过损伤面感觉到，该轴承应报废处理。

预防措施：

· 检查润滑脂是否合适；

· 检查润滑脂量是否足够；

· 检查密封是否有效。

2.3 腐蚀

（1）潮湿腐蚀。如果水或者腐蚀性介质进入轴承内部，致使润滑脂不能对轴承表面提供充分的保护，便会引起轴承零部件锈蚀。滚道上会形成深灰色的条状痕迹。轴承在静止状态下腐蚀的可能性最高。

如果轴承部件的腐蚀性损伤能够用指甲感觉到，该轴承应报废处理。轴承部件表面的污迹如果能够细砂纸磨掉，则该轴承可继续使用。

预防措施：

·检查密封条件，并使用合适的润滑脂。

（2）摩擦腐蚀。摩擦腐蚀是在特定的条件下，轴承内接触表面之间的相对微观运动产生的化学反应。通常，轴承会因为振动而产生摩擦腐蚀或磨损。

（3）蠕动腐蚀。当轴承内外圈与轴或轴箱之间进行相对运动时，如果配合太松或者不精确，便会产生蠕动腐蚀，相对运动可导致小颗粒从表面脱离。蠕动腐蚀使轴承圈不能被均匀地支撑，从而影响轴承内的载荷分布，这种情况主要发生在轴承外圈的外表面。

2.4 电蚀

（1）过电压。当电流穿过轴承时，即通过滚动体从一个轴承圈流到另一个轴承圈时，接触面材料会被加热到回火温度至熔化温度，导致出现各种大小的变色区域。如果材料被熔化，会形成放电痕，滚道和滚动体上出现局部灼痕。

预防措施：

·确保接地回流装置（电刷）工作正常

·焊接作业时，确保接地正确。

（2）过电流。当电流连續经过工作中的轴承时，即使电流强度不高，滚道表面也会受热量影响并且被腐蚀，并形成细微的放电痕。与过电压造成的损伤相比，其直径较小。损伤程度取决于以下几个因素：电流强度、持续时间、轴承载荷、速度和润滑脂。除轴承损伤之外，损伤区域附近的润滑脂会碳化，最终导致润滑不良以及表面疲劳和剥落。

2.5 塑性变形

（1）过载。过载由静载荷或冲击载荷引起，会产生塑性变形。过载的主要根源在于安装不正确（滚动体受到力）或者保持架、轴承圈、滚动体或密封件受到外力击打。（2）杂质压痕。当杂质进入轴承内并且被滚动体压到滚道上时，会形成凹痕。严重凹痕造成的塑性变形会会导致疲劳，当疲劳达到一定程度时，会产生过早剥落。

2.6 断裂或开裂

（1）局部过载破裂。应力集中且超过材料的抗拉强度会造成受压破裂。产生此问题的主要原因是安装或拆卸轴承时处理不当。

（2）疲劳断裂。应力循环超过疲劳强度时，会造成疲劳破裂。裂纹一旦产生，便会逐渐发展，最终导致轴承圈或保持架破裂。

（3）热裂。轴承内外圈因滑动产生过高摩擦热量时，会造成受热破裂，裂纹通常与接触面的运动方向垂直。轴端压板或轴箱盖紧固不当时，会发生该现象。

3 轴承在运用中发热的原因

轴箱轴承的主要热源为：滚动体与内外圈滚道之间的摩擦；保持架与外圈引导面之间的摩擦；滚子与保持架兜孔之间的摩擦；滚子端面与挡边之间的摩擦；润滑脂的黏性摩擦。由此可知热源是由于各部件之间的摩擦引起的，轴承工作时产生摩擦，摩擦生成热量，最终引起轴承温度的升高。

轴承在运用中造成发热有以下几个方面的原因。

（1）油脂过多。若油脂填加过多，不仅无利，反而使轴承内部发生过多的摩擦和搅拌热，使轴承发热。

（2）油脂缺少或变质。由于油脂缺少或变质， 轴承润滑状态不良，也会使轴承发热。

（3）轴承轴向游隙过小。轴承轴向游隙过小，将增加摩擦，使轴承发热，甚至导致滚子卡死引起事故。若游隙过大，则会使轴承局部负荷加大，缩短其使用寿命[3]。

（4）轴承内混有杂质。当轴承清洗不干净，润滑脂内混有杂质，密封不良而导致异物进入等，均可导致轴承发热。

（5）轴承内部损坏。当轴承内外滚道破裂、剥离、轴承内外圈、滚子或保持架裂纹或破碎时，轴承将发热。

（6）转向架状态不良。当转向架组装不正位或变形时，也会造成轴承受力不均而发热。

（7）车辆中的车轮擦伤、剥离故障。车轮踏面擦伤、剥离后，增加轴承冲击振动，产生过热。

4 结论

轴承状态的优劣，直接关系到行车安全，对车辆的运行品质有很大影响。本文主要以軸承滚动体接触面以及其表面上可见的特征以及区别各种损伤/故障原理的特征为基础，通过对轴承常见故障进行分析，对更好的提高转向架轴承的稳定使用，减少轴承故障，提高铁路车辆的安全运行水平，确保车辆安全平稳运行做出必要的努力。

参考文献：

[1]赵晓玲.滚动轴承故障振动检测方法[J].重庆科技学院学报，2007，9（01）：41-44.

[2]赵治博.地铁车辆转向架轴承故障诊断方法研究[D].北京交通大学，2015.

[3]李修岭.货车滚动轴承热轴故障分析及解决措施[J].甘肃科技，2015.

作者简介：郭常鹏（1987-），男，甘肃金昌人，工学学士，助理工程师，主要从事铁路交通装备转向架制造技术的研究。