轨道交通用齿轮箱低温试验轴承烧损原因分析及解决措施

吴亮 王东道 安靖宇 于飞

摘 要：对某型号轨道交通用齒轮箱进行-35℃低温试验时，主动齿轮侧轴承在试验过程中出现烧损的情况。对烧损原因进行分析，发现选用的润滑油倾点无法满足低温试验的要求，更换耐低温的润滑油后，试验顺利完成。

关键词：轨道交通齿轮箱;轴承烧损;低温试验;润滑油

轨道交通用齿轮箱作为车辆走行部的关键零部件，设计完成后需进行型式试验，验证齿轮箱的性能能否满足车辆的使用条件。根据客户要求某型轨道交通齿轮箱需在-35℃时进行低温试验，验证齿轮箱在低温环境下的运行性能。

1 问题描述及原因分析

齿轮箱齿轮采用渐开线斜齿轮，主动齿轮侧轴承采用圆锥滚子轴承，面对面的布置型式，安装后两个轴承间存在合理的间隙，轴承布置型式见图1。润滑油采用A型润滑油，润滑油的相关参数见表1，润滑油油量及没齿量符合成熟设计经验要求。齿轮箱采用成熟的润滑结构和密封结构。

试验曲线模拟车辆的运行，齿轮箱在低温环境下按照车辆的加速度升到最高转速，并按照最高转速运行一段时间，试验曲线如图2所示。

试验过程中轴承部位出现温度迅速上升，齿轮箱振动明显增大的情况。停止试验设备，对齿轮箱进行分解。拆解时发现磁性螺堵上存在异常吸附物（图3a），箱体内部存在轴承异常磨损的片状碎片（图3b），主动齿轮侧轴承烧损变黑，滚子大端端面剥离严重（图3c），润滑油附着在内壁上。

2 原因分析

对轴承烧损的原因进行分析。

润滑油油量及没齿量参照成熟的设计经验设定，不存在润滑油油量不足的情况;润滑结构采用成熟的润滑结构，其他试验项点轴承温升正常，不存在润滑结构不合理的情况;排查齿轮箱的组装记录，组装的轴承间隙在要求的范围之内，不存在组装不到位的情况。

润滑油的运动粘度随着温度的降低而变大，流动性变差，齿轮箱低温试验时出现电机负载大，启动困难的情况。查看润滑油的物化参数，润滑油的倾点为-37.5℃，在-35℃时润滑油已基本不具备流动性。润滑油选型不当可能是造成轴承烧损的原因。

对轴承烧损的过程进行分析;试验开始时轴承内圈与轴承外圈间存在间隙，轴承运转无异常，如图4所示。低温环境下由于润滑油运动粘度增大，流动性变差，润滑油无法顺利地通过齿轮箱的润滑油路对轴承部位进行润滑，轴承滚子与轴承之间无法形成油膜，滚子与滚道干摩导致轴承温度迅速升高，箱体与轴承座受环境温度的影响处于低温状态。假设轴承烧损时轴承内圈与外圈的温度为50℃，相对于齿轮箱箱体及轴承座（-35℃）的温差为85℃，根据线性膨胀系数计算，轴承间间隙缩小了约0.14 mm。滚子侧面与轴承外圈、滚子大端端面与轴承内圈完全贴死，如图4所示，在电机的带动下轴承剧烈摩擦，最终烧损。

3 解决方案及验证

选取一款倾点更低，低温环境下流动性更好的B型润滑油。润滑油参数见表2。

正式试验前先对润滑油进行初步验证，选取A型润滑油及B型润滑油，放置在透明容器中，对润滑油进行降温，当温度达到-35℃时，将透明容器倒置，A型润滑油已不能流动，形似固体状态;B型润滑油能流动下来。初步验证，B款润滑油在低温情况下流动性要优于A款润滑油。

对齿轮箱清洗重新组装后，使用B款润滑油进行低温试验，试验顺利通过。

4 结论

轨道交通齿轮箱低温试验轴承烧损是由于润滑油选型不当导致，选取的润滑油倾点不能满足低温试验的需求，更换倾点满足低温要求的润滑油后，低温试验顺利通过。齿轮箱设计选取润滑油时需注意润滑油的物化参数，选择倾点满足设计要求的润滑油。

参考文献：

[1]王东道，刘玉生，梅雪清.地铁齿轮传动装置低温性能试验研究[J].机车车辆工艺，2010（3）：26-27.

[2]吴成攀，高扬，段辰宸.基于超低温环境的齿轮箱润滑油性能分析与研究[J].山东工业技术，2017（19）：41-42.