軌道交通用齒輪箱低溫試驗軸承燒損原因分析及解決措施

吳亮 王東道 安靖宇 于飛

摘 要：對某型號軌道交通用齒輪箱進行-35℃低溫試驗時，主動齒輪側(cè)軸承在試驗過程中出現(xiàn)燒損的情況。對燒損原因進行分析，發(fā)現(xiàn)選用的潤滑油傾點無法滿足低溫試驗的要求，更換耐低溫的潤滑油后，試驗順利完成。

關(guān)鍵詞：軌道交通齒輪箱;軸承燒損;低溫試驗;潤滑油

軌道交通用齒輪箱作為車輛走行部的關(guān)鍵零部件，設(shè)計完成后需進行型式試驗，驗證齒輪箱的性能能否滿足車輛的使用條件。根據(jù)客戶要求某型軌道交通齒輪箱需在-35℃時進行低溫試驗，驗證齒輪箱在低溫環(huán)境下的運行性能。

1 問題描述及原因分析

齒輪箱齒輪采用漸開線斜齒輪，主動齒輪側(cè)軸承采用圓錐滾子軸承，面對面的布置型式，安裝后兩個軸承間存在合理的間隙，軸承布置型式見圖1。潤滑油采用A型潤滑油，潤滑油的相關(guān)參數(shù)見表1，潤滑油油量及沒齒量符合成熟設(shè)計經(jīng)驗要求。齒輪箱采用成熟的潤滑結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)。

試驗曲線模擬車輛的運行，齒輪箱在低溫環(huán)境下按照車輛的加速度升到最高轉(zhuǎn)速，并按照最高轉(zhuǎn)速運行一段時間，試驗曲線如圖2所示。

試驗過程中軸承部位出現(xiàn)溫度迅速上升，齒輪箱振動明顯增大的情況。停止試驗設(shè)備，對齒輪箱進行分解。拆解時發(fā)現(xiàn)磁性螺堵上存在異常吸附物（圖3a），箱體內(nèi)部存在軸承異常磨損的片狀碎片（圖3b），主動齒輪側(cè)軸承燒損變黑，滾子大端端面剝離嚴(yán)重（圖3c），潤滑油附著在內(nèi)壁上。

2 原因分析

對軸承燒損的原因進行分析。

潤滑油油量及沒齒量參照成熟的設(shè)計經(jīng)驗設(shè)定，不存在潤滑油油量不足的情況;潤滑結(jié)構(gòu)采用成熟的潤滑結(jié)構(gòu)，其他試驗項點軸承溫升正常，不存在潤滑結(jié)構(gòu)不合理的情況;排查齒輪箱的組裝記錄，組裝的軸承間隙在要求的范圍之內(nèi)，不存在組裝不到位的情況。

潤滑油的運動粘度隨著溫度的降低而變大，流動性變差，齒輪箱低溫試驗時出現(xiàn)電機負載大，啟動困難的情況。查看潤滑油的物化參數(shù)，潤滑油的傾點為-37.5℃，在-35℃時潤滑油已基本不具備流動性。潤滑油選型不當(dāng)可能是造成軸承燒損的原因。

對軸承燒損的過程進行分析;試驗開始時軸承內(nèi)圈與軸承外圈間存在間隙，軸承運轉(zhuǎn)無異常，如圖4所示。低溫環(huán)境下由于潤滑油運動粘度增大，流動性變差，潤滑油無法順利地通過齒輪箱的潤滑油路對軸承部位進行潤滑，軸承滾子與軸承之間無法形成油膜，滾子與滾道干摩導(dǎo)致軸承溫度迅速升高，箱體與軸承座受環(huán)境溫度的影響處于低溫狀態(tài)。假設(shè)軸承燒損時軸承內(nèi)圈與外圈的溫度為50℃，相對于齒輪箱箱體及軸承座（-35℃）的溫差為85℃，根據(jù)線性膨脹系數(shù)計算，軸承間間隙縮小了約0.14 mm。滾子側(cè)面與軸承外圈、滾子大端端面與軸承內(nèi)圈完全貼死，如圖4所示，在電機的帶動下軸承劇烈摩擦，最終燒損。

3 解決方案及驗證

選取一款傾點更低，低溫環(huán)境下流動性更好的B型潤滑油。潤滑油參數(shù)見表2。

正式試驗前先對潤滑油進行初步驗證，選取A型潤滑油及B型潤滑油，放置在透明容器中，對潤滑油進行降溫，當(dāng)溫度達到-35℃時，將透明容器倒置，A型潤滑油已不能流動，形似固體狀態(tài);B型潤滑油能流動下來。初步驗證，B款潤滑油在低溫情況下流動性要優(yōu)于A款潤滑油。

對齒輪箱清洗重新組裝后，使用B款潤滑油進行低溫試驗，試驗順利通過。

4 結(jié)論

軌道交通齒輪箱低溫試驗軸承燒損是由于潤滑油選型不當(dāng)導(dǎo)致，選取的潤滑油傾點不能滿足低溫試驗的需求，更換傾點滿足低溫要求的潤滑油后，低溫試驗順利通過。齒輪箱設(shè)計選取潤滑油時需注意潤滑油的物化參數(shù)，選擇傾點滿足設(shè)計要求的潤滑油。

參考文獻：

[1]王東道，劉玉生，梅雪清.地鐵齒輪傳動裝置低溫性能試驗研究[J].機車車輛工藝，2010（3）：26-27.

[2]吳成攀，高揚，段辰宸.基于超低溫環(huán)境的齒輪箱潤滑油性能分析與研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（19）：41-42.