铁路车辆轴承优化运用与分析

姜玲

摘要：轴承作为高速运转的铁路车辆的重要零部件，直接关系车辆的运行安全和行驶速度。对于轴承而言，其本身的质量及装配手段显得尤其重要。本文对目前铁路车辆的轴承现状进行了论述，通过轴承的设计、正确的装配及有效的维护和检测三个方面进行分析和讨论，旨在为相关人员提供参考。

关键词：铁路车辆;滚动轴承;优化设计;游隙调整;装配

中图分类号：U216.3                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0125-02

0  引言

轴承体现一个国家机械制造业技术水平的核心基础部件，高端轴承更是代表了轴承技术中指标高、技术难的前沿技术。我国铁路车辆，尤其是高速车辆的轴承也是我国高端滚动轴承中的一种，在运用中要求轴承应具备高精度运转，高承载力和可靠性，低振动、噪音，耐腐蚀等特性。

我们目前已成为世界上铁路运营里程最长、速度最高、在建规模最大的国家，我国铁路车辆向着更高速、大功率及绿色环保方向的不断发展，对其关键零部件——走行装置和驱动动系统提出了更高的挑战。其中可靠性和安全性要求非常高的重要组成部分，滚动轴承的稳定性尤其关键。在车辆高速运转时，轴承会面临三大方面的考验：一是高速频繁的振动对轴承的影响，二是高速运转下轴承升温问题，三是高速度所带来的润滑问题。这三个严苛的问题需要从优化轴承制造、轴承正确的装配方法及有效的防护和检测措施等方面入手解决。只有这样，才能更好的保障轴承高质量的运用。

1  滚动轴承的优化设计

我国的铁路车辆技术已经走向国际，但是其核心部件“轴承”仍要依赖进口，中国是轴承大国，却不是轴承强国。我国与国外一些先进公司的轴承结构参数几乎相同，但是我国此类产品的振动和噪声水平却与国外产品有一定的差距。主要原因是其制造和工况因素等方面的影响。在高端轴承制造中有两个基础性问题，那就是“高性能的材料”和“高质量的加工”，如何锻造出“高纯净度”和“高均匀性”的轴承钢，将钢中含氧量控制在最低，一直是我国钢铁企业面临的难题。工况因素可以通过对主机提出合理性要求来解决，但如何降低由生产制造因素所引起的振动及噪声是轴承行业首要要解决的关键问题。实验表明，各加工工艺的合理性和稳定性会影响轴承的寿命，尤其是轴承的热处理和磨削工艺，与轴承的失效有着直接的关系。轴承振动会受保持架及滚子的加工质量的影响程度而不同，其中滚子的加工质量对轴承振动影响力是最大的，最主要的影响因素是滚子的粗糙度、波纹度、表面缺陷、表面磕碰伤等方面问题。

通过建模和精化工艺流程，建立严格的制造标准，对不同应用工况进行分析，对滚子轴承进行特定的整体和微观结构优化设计，有效的降低滑动摩擦扭矩，从而可以更好的提高滚子轴承高速运用性能。此外，载荷、温度、游隙、粘度等润滑因素也是影响轴承速度的关键量，对其进行量化计算分析，也可以达到最优的设计。

2  滚动轴承正确的装配方法

无论多么高性能的轴承，如果使用不当，则不会得到预期的效果。运用中的几大因素对轴承影响非常大，其中振动对轴承的损伤是相当大的，会出现如锈蚀、剥落、压痕、裂纹、磨损等现象，引起这些现象的原因是比较复杂的，如振动使内外圈配合处发生磨损而使其相互配合导轨偏移，或是致使轴承疲劳。另外温度对轴承的影响也是非常大的，高温通常表示轴承已处于异常情况，高温也对轴承的润滑剂有不好的影响，若长期高温连转会降低轴承寿命。引起高温轴承的原因包括：润滑不足或过分润滑，润滑剂内含有杂质，负载过大，轴承损环，间隙不足，及油封产生的高磨擦等等。因此除了优化轴承设计与制造工况外，对于高速运转的铁路车辆采用的滚子轴承，在装配时要确保其严格的环境、尺寸、选配及检测标准，最大限度的减少因装配不当而引起的此类损伤，以确保轴承高精度的运转。

首先来看轴承装配前需要注意的几项问题。轴承使用中最重要一点是 “清洁”。因为灰尘随时会对轴承造成恶劣影响，甚至是看不到的灰尘也会造成轴承早期磨损或早期剥离等现象发生，所以在装配过程中必须保持环境的清洁度。要求：轴承的装配作业的场所、作业台、装配时使用的工具类以及车轴、轴承箱和还其它部件要与轴承同样保持清洁;还有轴承在使用前尽可能不要打开涂抹防锈剂的包装。其次装配前的防锈工作也是必不可少的。如果轴承生锈，所产生的硬状颗粒，会像研磨剂一样使轴承出现磨损。轴承生锈的原因有湿气、氧、盐分等，人手上的汗液、润滑剂中水分等都是重要的起因，所以部件装配作业时，必須佩戴干净的手套以防止生锈，当必须徒手装配作业时，必须将手充分清洗干净，并涂上优质矿油，然后再进行作业。空气中的水分（湿气）也是生锈的原因之一，所以轴承要保存在干燥处。最后是轴承装配作业时对轴承的振动和冲击，应尽量避免因强力敲打和脱落等冲击使得轴承致伤，若必须对轴承敲击时，要在轴承端面处施加同等的力，促使轴承正确滑入并装配完成。并尽量采用塑料锤，只能使用钢锤时，必须垫加非铁制的垫板。无论任何场合都不能敲击保持架。

滚动轴承游隙的调整和预紧是滚动轴承装配工作的一个重要环节，是提高轴承旋转精度和承载能力、降低轴箱装置振动和噪声及减少轴承的疲劳强度的有效手段。因此，准确把握游隙调整和预紧的工艺，并且在装配中正确地运用这些工艺方法，是轴承装配工作质量的保证。滚动轴承装配时，其游隙不能过大，也不能过小。游隙太大，会使单个滚动体的承受的载荷增大，降低轴承的旋转精度和使用寿命，增大系统振动，轴承噪声大;游隙太小，会增大摩擦力，增加轴承热量，磨损加剧，同样也致使轴承寿命减少，甚至是使滚动体卡死而无法正常工作。因此，轴承在装配时都要严格控制和调整游隙。

高速车辆的轴承承受载荷越大，其旋转精度要求就越高，轴承安装需要过盈配合装配，这种情况下就需要在装配时对轴承进行预紧工作，要在热平衡条件下达到游隙调整和预紧的要求。装配时可以通过预紧给轴承的内圈或外圈一个轴向力，以消除轴承游隙，并使滚动体与内、外圈接触处产生初变形。预紧能提高轴承在工作状态下的刚度和旋转精度。滚动轴承实际的理想工作间隙，是在轴承温升稳定后所调整的间隙。因此，轴承游隙的调整应分两个阶段进行：首先在常温下按照有关的操作规范和技术要求对轴承游隙进行调整，至间隙合适并用手转动应感到旋转灵活;然后，将调整机构适当回松（防止试车时由于温度升高而使轴承突然抱死），进行空运转试验，从低速到高速空运转时间不超过2小时，在最高速的空运转时间不少于30分钟，轴承应运转灵活、噪声小、工作温度不超过50℃，最后将调整机构复位并锁紧即可。滚动轴承轴向游隙的调整方法有很多，如垫片调整法、螺母调整法、螺钉挡盖调整法和内外套调整法等。其中较常用的方法是垫片调整法。

装配时，轴承套内孔需涂润滑油，良好的润滑不仅可以起到减小摩擦的作用，同时还对轴承和轴上零件具有冷却作用。滚动轴承游隙进行调整以后，摩擦会有所加剧，产生的热量会使整个轴箱装置温度有所升高。如果不能及时散热，这些热量就会使这些零件尺寸发生变化，从而影响到滚动轴承间隙的变化，产生更多的热量，形成恶性循环。因此，对于经过游隙调整的滚动轴承，必须要保持良好的润滑，以减少摩擦，更重要的是用不断循环流动的润滑油带走大量的热，控制温度的升高，以实现整个系统的热平衡。

常见的装配错误方式：一是没有进行准确的轴承内圈与车轴、箱盖内孔与轴承外圈的过盈配合量的计算和选配工作;没有进行严格的尺寸配合，过松会使轴与内圈、箱盖体内孔与外圈之间产生滑动，滑动摩擦将会使轴承因发热而损坏。这种现象称为“跑内圈”，和“跑外圈” 。“跑内圈”会使轴承内圈端面产生热裂纹，热裂纹的不断延伸，将使轴承内圈在使用中断裂，并且产生的高温还会使表面金属熔化并产生粘连。“跑内圈”会引起高温，而缩短轴承寿命，使轴承发热而损坏。二是装配过程中使用铁器锤击轴承，会使轴承挡边受损，要使用套筒等专用工具。三是加热温度过高。要使用轴承加热器专用工具。

总之，轴承装配条件是使用中的决定因素之一，轴承会因装配不当而导致整套轴承各零部件之间的受力状态发生变化，使轴承运转不正常而提早失效。滚动轴承按工艺正确装配、合理使用、认真执行游隙的调整和预紧工艺，是提高轴承旋转精度和承载能力的有效措施。操作中除了应达到滚动轴承装配的一般技术要求外，还要重点考虑轴承温升和润滑对调整工作的影响，并且工作中做到耐心细致，方能高效和高质。

3  有效的维护及检测措施

根据轴承装配、使用、维护和检测的技术要求，对运用中的轴承所承受的载荷、滚动声、转速、温度、振动和润滑状况进行实时监控和有序检查，及时发现异常情况，查找原因，并立即整改，使其恢复正常工作。对于轴承的检修，也有严格的工艺流程和技术要求。拆卸下来的轴承，要进行检查和判断，以确认是否可以再次使用。

使用先进的专业拆卸工具，对轴承进行正确的拆卸，避免因工具或操作不当对轴承造成损伤。正确拆卸后，要对轴承进行一系列的检查和测量。首先记录轴承的外观，确认润滑剂的残存量，取样检查用的润滑剂之后，使用汽油、煤洗等清洗剂进行轴承清洗。轴承清洗，分粗洗和细洗，在粗洗油中，使用刷子清除去除滑脂、粘着物，大致干净后，转入精洗。精洗，是将轴承在清洗油中一边旋转，一边仔细的清洗。清洗油也要经常保持清洁。接下来要检查滚动道面、滚动面、配合面的状态、保持架的磨损情况、轴承游隙的增加及有无关尺寸精度下降的损伤，异常等。如果轴承在检查时出现以下缺陷就不能再使用：滚动体表面存在毛刺、划痕、裂纹，或是有明显的热变色;内圈、外圈、滚动体、保持架的任何一个上有裂纹或缺口及断裂;滚道面、挡边、滚动体有显著卡伤;保持架磨损显著，或者柳钉显著松弛;滚道面、滚动体有严重压痕和打痕;内圈内经面外圈外经面有明显蠕变;封入轴承润滑脂油量是否合适，密封圈或防尘盖的破损明显等。判读轴承是否可以再次使用，要综合考虑轴承损伤程度，运用条件和检修周期等，检修时使用专门的工具和设备，严格按照技术规范进行检查和测量。

高速铁路车辆的走行部即转向架是保证列车高速、安全、平稳的核心部件，軸承是其中的关键零部件之一，车轮通过轴箱、弹簧与转向架的构架与车体相连，轴箱轴承直接承受车辆自重、载荷及钢轨对车轮的纵向、横向和垂向的冲击，还有在急速转弯、偏载或加减速时牵引力带来的附加冲击，时刻都在考验轴箱轴承的承载力和耐力。因此如何有效的提高滚动轴承的耐冲击振动、工作可靠性、安全性及较高的寿命是高速铁路车辆要不断研究和突破的一个课题，并且致力于设计优质的精密轴承，开发轴承状态检测与故障诊断技术，使我国真正的成为安全和高速的铁路运营大国。

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