某型號國產牽引電機軸承壽命對比試驗

黎建濤，趙偉樺,楊明奇

（1.洛陽軸研科技股份有限公司,河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039）

某型號國產牽引電機軸承壽命對比試驗

黎建濤1,2,3，趙偉樺1,2,3,楊明奇1,2,3

（1.洛陽軸研科技股份有限公司,河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039）

介紹了某型號國產牽引電機軸承與國外進口牽引電機軸承壽命對比試驗方案，包括試驗主體結構、試驗頭組件及試驗潤滑原理及方法等，并通過對試驗數據及試驗結果的全面對比，分析兩種軸承的性能差異。試驗結果對比表明，國產與進口牽引電機軸承在各項性能指標上無明顯差別。

國產牽引電機軸承；進口牽引電機軸承;壽命對比；試驗方案

1 前言

鐵路牽引電機是鐵路干線機車上用于牽引的電機，鐵路牽引電機軸承即用于支撐此類電機的軸承。在鐵路機車車輛運行中,牽引電機軸承是保證其安全運行的關鍵部件之一，也是易損件之一，它的可靠性及壽命等直接關系到運輸的安全和質量[1]。由于在牽引電機軸承的設計、制造、試驗等方面較先進國家還有較大差距，因此現有的軸承大多依賴進口[2]。隨著我國鐵路貨運和客運需求的不斷增長，無論從商業化還是自主化方面，設計及生產牽引電機軸承的技術至關重要。

本文依據某型號牽引電機軸承國產化的要求，模擬軸承的實際工況及使用條件，與同型號進口軸承進行對比試驗，主要從相同試驗工況下軸承的溫升、振動、壽命等方面加以分析。同時介紹了其試驗主體結構、試驗頭組件、潤滑原理及方法等。為軸承的研發設計提供一定的參考。

2 試驗對象及試驗條件

試驗軸承為內圈雙擋邊的圓柱滾子軸承，軸承外圈有陶瓷涂層，其結構如圖1所示，試驗軸承的尺寸（d×D×B）為φ160mm×φ340mm×68mm。試驗軸承的旋轉方式為內圈旋轉；潤滑油為SHC 634齒輪油，潤滑方式為浸油潤滑；試驗轉速為2 360r/min；單套軸承承受的徑向載荷為80kN；試驗時間為3 000h。

圖1 試驗軸承結構

3 試驗方案

3.1 試驗機主體

試驗機主體為試驗機的核心部件，其結構如圖 2 所示，主要由試驗頭組件、徑向和軸向加載組件、傳動組件等組成。本試驗機為方箱結構，試驗主體及傳動組件位于平臺上，通過聯軸節相連；驅動電機位于平臺下方，通過皮帶與傳動帶輪相連，從而驅動主軸旋轉；徑向和軸向加載機構分別位于主體側方，通過油缸輸入一定的壓力油，實現徑向和軸向加載。

圖2 試驗機主體結構

3.2 試驗頭組件

試驗頭是試驗主體的核心組件，結構如圖 3所示。試驗軸承位于中間，一次試驗兩套，兩端為相同型號的軸承作為陪試軸承。最左端的深溝球軸承作為定位軸承，防止軸系竄動。試驗軸承內外圈按照實際裝配條件均設計為過盈配合。陪試軸承設計成內圈過盈配合、外圈間隙配合，以便拆裝。

兩套試驗軸承中，一套為國產軸承，另一套為進口軸承（作為對比試驗軸承）。試驗過程中除了監測四套軸承外圈溫度，還對試驗軸承座溫度及振動進行檢測，以便多方面作對比。

3.3 潤滑原理及方法

本試驗的潤滑原理圖如圖 4 所示。試驗時潤滑油從主體底部進入內部箱體，從上部抽回到油箱。回油管深入到主體箱體的深度決定了軸承的浸油深度。調節兩個截止閥可使進、回油油量達到相對平衡，以保證浸油液面高度的穩定。回油路上裝有回油冷卻裝置，保證試驗進油溫度與試驗軸承運行溫度有一定的溫度差值。溫度傳感器6 用來測量油箱溫度。

圖3 試驗頭結構

圖4 潤滑原理

本試驗潤滑油采用專用齒輪油SHC634，在常溫時黏度較大，隨著溫度升高，黏度會慢慢變小。試驗開始進行時，溫度較低，潤滑油黏度較大，為保證進回油油量平衡，可通過調節兩個截止閥減小進油油量。隨著試驗的進行，試驗軸承溫度升高，油箱溫度也隨之升高，此時，油的黏度變小。為了帶走軸承較多的熱量，保證試驗正常平穩進行，可通過兩個截止閥將進油量調大。

3.4 試驗主軸校核

試驗主軸是整個試驗主體的旋轉件，其工作能力及可靠性對整個試驗機的運行可靠性起至關重要的作用。由于主軸運行時轉速較低，因此只對其靜態性能進行校核。

借助Solidworks軟件中的Simulation工具對軸的剛度及強度進行校核計算。圖 5 為試驗主軸在最大試驗載荷條件下的應力云圖，由圖可知最大彎曲應力值為σmax=19.5MPa，軸選用合金鋼材料，其許用彎曲應力[σ-1]=75 MPa＞σmax，故試驗主軸的強度滿足要求。圖 6 為試驗主軸在最大試驗載荷條件下的位移云圖，由圖可知軸的最大彎曲變形Ymax=0.006mm，軸的允許撓度[Y]=0.0002×L=0.087mm[3]，式中L為主軸兩支點跨距，因此可知試驗主軸剛度滿足要求。

圖5 主軸應力云圖

圖6 主軸位移云圖

4 試驗分析

試驗軸承在規定試驗條件下進行3 000h的耐久性能試驗。試驗過程由計算機自動控制，自動監測和記錄試驗數據。

試驗完成后對試驗軸承進行拆機檢查，并根據試驗數據作出相應的數據曲線，將兩個試驗軸承的溫升、振動及拆解后外觀進行多方面對比分析。

4.1 試驗軸承的溫升與振動

從圖 7 溫度對比曲線圖可以看出，試驗運行穩定后兩套試驗軸承溫度相差3℃左右，在正常溫差范圍內；相對于油箱溫度，兩套試驗軸承溫度升高36℃左右。

從圖 8 振動對比曲線圖可以看出，試驗運行穩定后兩套試驗軸承振動有大概0.2g（重力加速度）差值，在正常差值范圍內。

圖7 溫度對比曲線

圖8 振動對比曲線

4.2 試驗軸承外觀

對試驗軸承進行了分解檢查，分解檢查的結果見表 1。

表1 軸承分解檢查結果

圖9 外圈滾道面

圖10 內圈滾道面

圖11 內圈擋邊面

圖12 滾子滾動面

圖13 滾子端面

圖14 保持架

5 結束語

通過兩套軸承的試驗對比結果可以得出以下結論：

（1） 國產牽引電機軸承與進口牽引電機軸承均完成了3 000 h壽命試驗，試驗后軸承外觀檢查正常，未見疲勞剝落、零件變形、裂紋、保持架斷裂等明顯異常，說明兩套軸承均通過了3 000 h試驗考核。

（2）在試驗過程中，兩套軸承均運轉平穩，主要試驗參數溫度、振動等示值無明顯差異，說明國產牽引電機軸承的綜合性能已達到或接近進口軸承的質量水平。

[1] 施洪生.高速牽引電機軸承試驗原理及實踐[J].潤滑與密封, 2007,(3)：179-181.

[2] 何強.高速列車軸承的發展趨勢[J].徐州工程學院學報,2012,(3)：58-64.

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社, 2004.

（編輯：鐘 媛）

Life comparison test for a domestic traction motor bearing

Li Jiantao1,2,3, Zhao Weihua1,2,3, Yang Mingqi1,2,3
( 1.Luoyang Bearing Science & Technology Co.,Ltd.,Luoyang 471039, China; 2.Henan Key Laboratory of High Performance Bearing Technology,Luoyang 471039,China; 3. Strategic Alliance for Technology Innovation in Rolling Bearing Industry,Luoyang 471039,China )

This paper introduces the test scheme of the life comparison test for the domestic and the imported foreign traction motor bearing, including the main structure of the tester, the bearing head and the test lubrication principle and method,etc,and through a comprehensive comparison of the test data and test results ,the two kinds of bearing performance differences are analyzed. The test results show that domestic and imported traction motor bearing has no obvious difference on the various performance indicators.

domestic traction motor bearing; imported traction motor bearing ;life comparison; test scheme

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0024-03

2017-02-03.

黎建濤（1988-），男，助理工程師.