第３３卷增刊 ２Ｏ１３年１２月 铁道机车车辆 ＲＡＩＬＷＡＹ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ＆ＣＡＲ Ｖｏ１．３３ Ｓｕｐｐｌ Ｄｅｅ． ２Ｏ１３ 文章编号：１００８—７８４２（２Ｏ１３）Ｓ２—００８０—０４ ３０ ｔ大轴重轴箱轴承的选型分析 刘晖霞 ，王 强。，晋军辉 ，陈喜红 ，朱向阳 （１ 中国南车集团 株洲电力机车有限公司，湖南株洲４１２００１； ２ 中国铁路总公司 运输局机务部，北京２００８４４） 摘 要论述了３０ ｔ大轴重轴箱轴承的设计与选型要求，对比分析了整体式滚子轴承和非整体式轴承的优缺点， 指出整体式圆柱滚子轴承是大轴重轴箱用轴承的理想选择。通过轴承寿命计算，验证了所选轴承满足３０ ｔ大轴重 使用要求。 关键词 大轴重；轴箱轴承；密封设计 中图分类号：Ｕ２６ｏ．３３１一．２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—７８４２．２０１３．Ｚ２．１５ 为了适应我国铁路市场重载运输发展需要，加强大 功率大轴重交流传动电力机车自主创新能力，南车株洲 寸胀大会使轴承油封固定与外圈脱离。因此，内、外圈 尺寸胀大会导致轴承的过早更换或维修，从而增加维修 成本。 （２）低的摩擦力矩和运行温度 电力机车有限公司开展了３０ ｔ轴重重载货运电力机车 Ｃ。转向架的研究开发工作。作为重载货运电力机车， 在转向架的设计开发中，充分借鉴了国内外先进成熟的 大功率货运交流传动电力机车转向架技术，在ＺＥＤ１２０ 保证轴承具有良好的工作性能，低的运行温度很重 要。温度升高，会使摩擦表面的油膜厚度降低，润滑脂 性能和润滑状态恶化，降低润滑脂的使用寿命，增大轴 承的磨损。温度升高会使轴承内外圈尺寸增大。 （３）良好的润滑与密封 润滑剂是轴箱滚子轴承中的一个承载元件。润滑 对轴承运行性能的影响是众所周知的，所以选择润滑剂 时要特别注意。润滑脂的清洁度对轴承的使用有很大 影响，轮对轴箱必须有相应的油封装置。油封装置的作 用是防止润滑脂泄漏，防止外界污物、杂质和水分浸入。 Ｃ。转向架的基础上重新设计，保证转向架零部件具 有足够的强度，保证转向架具有良好的动力学性能。轴 箱轴承作为转向架的重要部件之一，起着至关重要的作 用。 ｌ 大轴重轴箱轴承的设计与选型要求 对于３０ ｔ大轴重轴箱轴承来说，承受的载荷更大， 运行工况更恶劣，这就对轴箱轴承提出了更高的要求。 １．１ 设计要求 轴箱轴承选择是转向架技术方案的基础，它不仅直 接承受一系弹簧上的动静载荷，还要承受轮轴纵向牵引 力和制动力，同时必须提供机车曲线通过时轮对相对于 构架的横动量，使用工况恶劣，其使用的可靠性将直接 影响行车的安全。特别是机车车辆投入运营后，技术检 查和维修人员很难观察到正在运行的轴承工作状态，检 如果油封失效，不管轴承或其周围相关部件质量如何 好，轴承都将很快损坏。 １．２轴承结构型式选择 由于滚动轴承具有起动阻力小、游隙小、维护方便 等一系列优点，所以现代机车车辆和城轨车辆都采用滚 动轴箱轴承。３Ｏ ｔ大轴重机车的最显著的特点就是轴 重大，故采用承载能力大的滚子滚动轴承是比较好的选 修维护困难且成本较高。因此要求轴箱轴承必须具有 较大的承载能力，能够耐冲击、振动，具有较长的使用寿 命、较小的尺寸和质量，并且也便于检修和维护，在规定 的维修期内具有较高的运行可靠性。一个应用良好的 轴承应具有以下特点 。 （１）稳定的尺寸 择。在早期的机车车辆中应用较多的是传统的非整体 式（也可称为分体式）滚子轴承，随着技术的不断发展， 整体式滚子轴承越来越适应于高标准的现代车辆运行 要求。这两大类轴承在实际应用中各有优缺点。 整体式滚子轴承优点 世界各地的轴箱轴承定期检修统计结果表明，更换 轴箱轴承主要原因之一是内圈尺寸胀大，内圈尺寸的胀 （１）出厂前已注油脂且两端带整体式密封，无需客 户注油脂及中期维护。 （２）整体式单元结构避免外界污染物或杂质进入滚 大使内圈与轴颈的过盈量下降，导致微动磨损。外圈尺 刘晖霞（１９８２）女，湖南洞Ｖ１人，工程师（修回日期：２０１３—０２—１７） 增刊２ ３０ ｔ大轴重轴箱轴承的选型分析 ８１ 动运行区间，干扰甚至破坏轴承的运行环境，保证了轴 对于轴箱轴承，使用性能的主要指标是额定动载荷和额 承内部的清洁度，提高了可靠性和安全性。 定寿命。另外，在相同大小的截面内，由于圆柱滚子轴 （３）整体模块化设计规范了安装拆卸过程，便于客 承更容易采用较大规格的滚动体，所以易获得大的载荷 户快捷装配，省略了配对、加热等环节。 容量。用于轴箱轴承，圆柱滚子轴承虽然轴向承载能力 （４）轴承运行里程达到检修周期后，整体拆卸送往 不及圆锥滚子轴承，但由于机车的轴向力作用时间较 专业轴承检修厂进行检查维护、更换油脂等工作。检修 短，是短时的冲击性载荷，特别是近年来开发的圆柱滚 后的轴承达到新轴承的技术规范要求，可安全的投人运 子轴承都有轴向承载能力，从这个角度分析，大轴重轴 行。 箱轴承尽量采用圆柱滚子轴承ｌ＿２］。 （５）客户无需投入大量资金、人员来进行非专业的 随着机车速度和轴重的增加，轴承的制造精度也必 轴承维修。 然要求提高，在这方面，由于圆柱滚子轴承比圆锥滚子 缺点 轴承结构简单，在加工中容易获得比较高的加工精度。 整体式轴承不能在客户端自由拆解和检修，需拆卸 由于圆柱滚子轴承比圆锥滚子轴承制造精度高，极限转 送往专业的轴承检修中心进行检修维护。 速也高，所以在机车运行良好状况下，圆柱滚子轴承具 非整体式滚子轴承优点 有温升低、摩擦发热少的特性。从上述制造精度分析， （Ｉ）开放式的设计形式便于现场临时观测及简单维 大轴重轴箱轴承尽量采用圆柱滚子轴承。 护。 Ｉ．３轴承参数选择 （２）无需对轴承进行检修，能随时更换轴承。 经过上述一系列的对比分析，再考虑表１所示的３０ 缺点 ｔ大轴重Ｃ。转向架的应用条件，１，３，４，６位轴箱（端轴） （１）轴承安装过程中，轴承组件将分离，并裸露于操 我们选取如图Ｉ所示的整体式免维护圆柱滚子轴箱轴 作环境之中，使轴承工作区面临被污染的风险，构成安 承，轴承尺寸１８０ ｍｍ×３２０ ｍｍ，游隙选择Ｃ４，轴承的 全隐患。 额定寿命需大于３００万ｋｍ。轴箱轴承具体参数及尺寸 （２）装在轴箱里的外圈和滚子组件在轴承安装过程 见表２。 中，由于滚子组件的中心很难与内圈的中心吻合，滚子 表Ｉ轴承应用条件 将与内圈滚道产生错位而刮伤滚道，使轴承出现早期失 每年运行公里数／ｋｉｎ Ｉ５０ ０００～２００ ０００ 效。 车辆最大速度／（ｋｍ・ｈ＿１） ｉ００ （３）内圈安装前须进行加热，加热温度若控制不当 轴重／ｔ ３０ 转向架类型 Ｃｏ—Ｃｏ 会导致内圈过热，改变轴承材质性能。 车轮直径／ｍｍ ｌ ２５０／Ｉ １５０（新轮／磨耗） （４）每套轴承需手工注油脂，注油量和油脂分布难 轴承位置 外置式 以准确控制。 簧下质量／ｔ ５．６ 轴颈中心距／ｍｍ ２ Ｉ１０ （５）每运行２年或２５万公里需在现场补充注脂及 检测轴承，存在现场异物进入轴承工作区的风险。 可以看出，整体式滚子轴承在轴承安装、拆卸、检 修、注脂等方面具有更多的优点，越来越适应现代铁路 技术发展的要求，因此，３０ ｔ大轴重轴箱轴承宜选择整 体式滚子轴承。 目前的轴箱轴承应用经验表明大轴重轴箱轴承以 采用整体双列圆柱滚子轴承或者圆锥滚子轴承为最佳。 图Ｉ端轴圆柱滚子轴承 表２轴承参数对比 增刊２ ３０ ｔ大轴重轴箱轴承的选型分析 ８３ 到密封的目的。最后，在轴箱体、后端盖、轴承三者交接 的地方利用Ｏ型密封圈通过轴向和径向变形封闭需要 密封的间隙，达到密封的目的。与后端盖密封设计相 Ｐ—Ｆ ＋Ｙ・Ｆ 一Ｋ ＋２ｆｃ・Ｋ 一 （ｆｏ・－厂ｒｄ・－厂ｔ ＋２ｆｏ・ｆ。・ｆａａ）・（Ｇ。一Ｇ ）／２— ２１２．０６ ｋＮ 似，前端盖的密封也考虑在轴箱体、前端盖、轴承三者交 接处利用Ｏ型密封圈进行密封，在轴承压盖与前端盖 之间利用弹性金属密封叠环进行密封。 式中Ｆ 一０（双列圆柱滚子轴承为Ｏ）；Ｇｏ为轴重，Ｇ。＝＝＝ ３０×９．８—２９４ ｋＮ；Ｇ 为轮对及驱动装置簧下质量， Ｇ 一５．６×９．８—５４．８８ ｋＮ。 取载荷系数ｆｏ一１，动态径向系数ｆ ａ一１．４，动态 轴向系数ｆａａ：：＝０．１２，动态牵引系数＿厂ｌ 一１．１，ｆｃ—ｈ＋ Ｄ ／ｚ一０．１６（其中Ｄ 一１８０ ｍｍ，ｚ一１１４ ｍｍ，ｈ一０．１）。 最后，计算得到： Ｌ１。一１ ８９３．２５×１０ Ｌ１ｏｓ一７．１４×１０ ｋｍ 计算出来的轴承额定寿命为７００万ｋｍ，因此，满足 ３０ ｔ大轴重额定寿命为３００万ｋｍ的要求。 ４ 结论 （１）从前面的比较分析结果可以看出：整体式圆柱 滚子轴承是大轴重机车轴箱轴承的理想选择。 （２）轴承本身的密封以及前、后端盖的密封设计能 图６轴箱轴承端盖的密封设计 保证轴箱轴承具有良好的密封效果。 （３）所选轴承具有较高的承载能力和较长的使用寿 命。 ３轴箱轴承寿命计算 轴承运行的转数用Ｌ 。表示，公里数用Ｌ 。 表示，计 算公式为： 一参考文献 （ ） Ｅｌｉ李景贤．高速动力车轴箱轴承的先进设计［Ｊ］．铁道机车 车辆．１９９５，（２）：７－１０． Ｌ１０ｓ一３．１４Ｌ１ｏ×Ｄ ［２］封全保，李嘉伟，张委袖．６轴货运电力机车轴箱轴承计算 分析［Ｊ］．铁道机车车辆，２００８，２８（ｓ）：１６８—１７０． ［３］ＳＫＦ公司．ＳＫＦ轴承综合型录ＥＲ］．ＳＫＦ公司，２００４． 式中Ｃ为轴承额定动负荷，Ｃ＝＝＝２ ０４０ ｋＮ；Ｐ为当量动 负荷；Ｄ为车轮直径，Ｄ一１．２５ ｍ。 Ｔｙｐｅ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｘｌｅ Ｂｏｘ Ｂｅａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ３０ ｔ Ｈｅａｖｙ Ａｘｌｅ Ｌｏａｄ Ｌ ＵＨｕｉ—ｘｉａ ，ＷＡＮＧ Ｑｉａｎｇ ，ＪＩＮ Ｊｕｎ—ｈｕｉ ，ＣＨＥＮ Ｘｉ—ｈｏｎｇ ，ＺＨＵＸｉａｎｇ—ｙａｎｇ （１ ＣＳＲ Ｚｈｕｚｈｏｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２００１ Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ； ２ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｘｌｅ ｂｏｘ ｂｅａｒｉｎｇ ｄｅｉｇｎ ａｎｄ ｔｙｐｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ３０ ｔ ｈｅａｖｙ ａｘｌｅ ｌｏａｄ，ｃｏｍｐａｒｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ— ｉｓｔｉｃ ｏｆ ｕｎｉｔａｒｙ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｎｏｎ—ｕｎｉｔａｒｙ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ，ａｎｄ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｎｉｔａｒｙ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｅｃｔ ｃｈｏｉｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｘｌｅ ｂｏｘ ｏｆ ｈｅａｖｙ ａｘｌｅ ｌｏａｄ．Ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｕｓｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ３３ ｔ ｈｅａｖｙ ａｘｌｅ ｗｅｉｇｈｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｉｆｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｖｙ ａｘｌｅ ｌｏａｄ；ａｘｌｅ ｂｏｘ ｂｅａｒｉｎｇ；ｓｅａｌｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ
