摘　要：以DK_16A地铁电动车辆牵引电机62310轴承故障为例，分析了故障成因，并对相应的措施进行了论述。
　　关键词：轴承故障；摩擦副；电蚀；温升
　　地铁车辆在启动运行时，有时车厢会有剧烈震动，这多是由于牵引电机轴承故障造成的，当轴承润滑不良时，其转动体产生热量使金属熔化，停止转动时又凝结，给启动产生极大阻力，在阻力释放时车箱会有剧烈震动，给车辆的运行安全性、乘客的乘坐舒适性造成很大威胁。这种故障称牵引电机“燃轴”。
　　在“燃轴”故障发生后，司机很难完成正点输送乘客的任务，只能掉线回库。发生“燃轴”后，严重损坏转轴的轴径，不仅牵引电机要大修，而且还影响车辆的机械传动、牵引电器的可靠性。调研发现“燃轴”多发生在牵引电机非轴伸端轴承（即62310轴承）。作者认为，有效的降低62310轴承故障，首先要排除轴承制造质量的干扰，其次是正确科学地装配轴承也非常关键，在两者较好地满足之后，轴承故障问题的解决就相对容易了。实践证明，从20世纪90年代中期至今，通过采取相应措施，明显降低了牵引电机临修轴承的故障。
　　1　关注轴承的不良品
　　（1）对轴承不良品质量的监测
　　任一批量的轴承都存在着一定数量的不良品，轴承与轴承之间的比较是可以区分优劣的。
　　62310轴承滚柱体有12个，它们的一致性如何是由制造厂家决定的，作为使用者往往只注意其有关的配合尺寸而不在意其内在如何，而这一内在质量与企业执行的标准有关，也与其生产管理水平和技术控制水平、批次有关。
　　解剖测量新品轴承不良品质量的做法是在每百套或每批次中任意取1套轴承，内套与挡圈待检，将黄铜保持架铆钉除去（可钻削或铣削），平放于测量工作台面上，分解保持架，对滚柱依次做标记，用千分尺分别测量出柱体直径和长度的Z大与Z小的差值。另外，用塞规测量径向间隙和轴向间隙。此方法不需对轴承解体，但必须逐个测量每一滚柱体。这种方法测量误差较大，不易发现柱体的每一形位细节，如倒角缺口、光洁度等不均匀时很易漏检，但可较好地对保持架进行检查。对柱体的表面硬度测量用HLM）100里氏硬度计。有利对轴承复原再用，不至于报废。
　　如1996年产品，滚柱直径公差带0.05mm、滚柱长度公差带0.07mm、滚柱表面硬度HRC60~62、滚柱两端面倒角不规则、不一致，有个别倒角有严重缺陷和磨缺痕迹，保持架间隙过大等。我们将轴承的制造质量问题回馈到制造厂后，引起厂家极大重视，此后轴承质量有稳步提高，轴承制造精度较稳定。
　　应该说明决定轴承内在质量的要素很多，企业内部有自已的测控标准，以上测量结果也只能对制造质量进行监督，预防批量不良品流入修程环节，提请生产商对质量严控，减少轴承质量因素造成的干扰。
　　（2）轴承的筛选
　　首先，目测外套、内套、挡圈各表面光洁度，无划痕、划伤。
　　径向间隙的检查。测量时，先将轴承内圈固定，除去挡圈，轴承外圈用30N左右的力推转，将塞尺插入滚柱和滚道的间隙处，插入的深度要超过滚柱体长度的1/4，调整塞尺厚度使松紧程度适度，这时塞尺的读数是径向制造间隙。62310轴承目前我们选用的游隙系列，径向要求0.065~0.080mm。
　　测量轴向间隙。将轴承平放于平台上，以轴承内套定位测高度，再以外圈定位测高度，两高度差为轴向间隙，要求轴向小于0.6mm。
　　通过以上工作后，也只能说明此批轴承质量稳定的可信度，在使用时，操作者还应用实际经验进行再次筛选。此法虽然不能取代计量测定，但作为相对参照还是可行的。在操作者有经验体会后，鉴别结果有很高的可信度。
　　2　轴承装配中易忽视的细节
　　（1）轴承装配前的检查
　　装配前，要检查轴承内圈与轴颈配合公差以及轴承外圈与端盖轴承室的配合公差，同时检查配合表面的粗糙度及对轴径的其它形位要求。
　　1）特别要注意主轴端面到油封端面33±0.1mm的要求，轴承油封如损坏需更换，在更换新油封后必须以轴两端中心孔定位，旋车加工油封端面尺寸达要求，并严格控制其加工光洁度；
　　2）确认后方可进入轴承的装配，并符合图1要求。 　　（2）轴承的热套过程
　　加热轴承内套选用ZJ20x系列轴承加热器（额定功率2.2kVA）。将轴承内套套入12号轭铁放置于主极铁芯端面上，吻合平正。在加热过程中，用点温计测量轴承内套温升70K，加热时间60~65s，当达到温升时，轴承内套可涨出0.06~0.09mm，加热温度不可超过120℃。断电戴防护手套取出轴套，迅速进行装配。油封套的热套加热时间可以略长一些，加热时间一般比轴承内套的加热时间长10~15s为宜。
　　轴承径向预紧。可增加轴承的刚度，保证轴向和径向的正确定位，提高轴的旋转精度，降低轴承的振动和噪声，防止由于惯性力矩所引起的内、外滚道的滑动。
　　（3）热套时的装配要点
　　通过时间控制温升（小轴套时间62s±2s）；减少工件的热散失，感应加热工作台与轴件装配工位不超过3m为宜。
　　作者认为更换油封后必须要中心定位旋车加工，否则尺寸33mm及其形位精度达不到要求。这一要求往往被忽视，它对轴套的定位是至关重要的。
　　3　轴承的摩擦副、电蚀与温升
　　（1）浴盆规律（经典故障率曲线）
　　在完成轴承的装配后所测的间隙就是工作间隙。工作间隙要比径向间隙小些，实际运行中工作间隙在磨损中增大，当增大到超过允许值时，就不能继续使用。62310轴承径向间隙允许Z大磨损不大于0.20mm。
　　轴承故障实际是轴承由磨合到磨损的延伸和扩大，其故障宏观统计规律符合浴盆曲线，轴承由磨合期到使用寿命期时间很长，属于偶然故障期，到达使用寿命期的末期，其特点是故障率随时间的增加而加大。根据浴盆理论，研究地铁T₁₀₁车组故障率统计曲线（见图2），可知62310轴承使用50万km以后进入故障高发区，应进入修程。考虑修程特点，其寿命期定在50万km为宜。可见，轴承故障有一个渐发过程，在50万km以前是故障率Z平稳的时期，是轴承Z佳运行期。50万km以后，各摩擦副工作的正常与否成为问题的关建。 　　（2）轴承的摩擦副
　　轴承存在3组摩擦副，滚柱与内、外滚道为第1组；滚柱两端面分别与滚道挡圈内套侧面为第2组；滚柱表面与保持架为第3组。数组摩擦副均在润滑脂的参与下工作。
　　滚柱与滚道面间属于滚动摩擦副。在正常情况下，摩擦面间完全被润滑脂油膜所隔开，如轴承内12个柱体都能均匀受力，锂基脂油膜的强度，不容易破坏，这一情况是轴承的理想运行情况，在新品轴承运行初期是这样的。因此，轴承处滚动摩擦中，磨耗量是极微小的，经过一个架修（50万km）后的轴承，Z大磨耗量没有超出0.02mm。这一摩擦副主要承受轴重负荷和冲击负荷。
　　滚柱两端面分别与滚道挡圈内套侧面间属于滑动摩擦副。摩擦面间有油膜，滚柱面正常情况下承受较小轴向力，在车辆经过道岔受冲击时轴向力Z大，因轴承柱体长度上的差异，使Z长的柱体在发生冲击时首先产生磨耗，初期磨耗较快，运行中磨耗逐渐平稳趋于稳定，这时轴向间隙增大。当轴向力发生时，62310轴承承担了全部轴向力（径向负荷是由电机的两个轴承分担的），从电机的整体结构分析，轴承的轴向游隙实质是电机轴向间隙。
　　滚柱表面与保持架属于滑动摩擦副。滚柱全部外表面与保持架构成的摩擦接触面Z大，且又属于滑动摩擦，对轴承故障的威胁Z大。在实际中发生轴承故障后，其原因一般较难判断，原则上保持架不应与内套、外圈有接触，并且相对间隙均匀，但在磨损增大后，保持架塌架或飞边而产生毛刺，润滑被破坏，加了磨损，保持架损坏往往是轴承故障的开始。保持架的强度是轴承各组件中Z薄弱的部分。保持架的可靠程度决定着轴承的使用寿命。
　　（3）轴承的电蚀
　　轴承的电蚀从电流作用的角度上讲有电化学电蚀和轴电流电蚀。电化学电蚀属微循环静电性质，润滑脂与水亲和后呈现电极性，极性分子团使金属表面形成转移粒子，构成电蚀即锈迹，在轴承长期静止时，电蚀加剧。因此，注意润滑脂开启后应防雨防潮，密闭封存，防止润滑脂变质。
　　轴电流电蚀可有电压电蚀和接地电蚀。电压电蚀是由于磁路、磁场不均，有与转轴相交链的旋转磁通存在，转轴的旋转可在转轴上产生感应电压，电压虽然很小，在达到一定数值后，击穿油膜瞬间产生电火花，对滚动轴承摩擦副形成灼伤，完成放电后再进行下次的累积。
　　为防止发生电压电蚀，通常采用阻断回路的方法，如将轴承绝缘或直接使用绝缘轴承。但后者成本昂贵，国内尚有待开发绝缘轴承系列。
　　接地电蚀是当电枢绕组发生接地故障时，电枢铁心通过轴，经轴承对壳体构成接地回路，形成轴电流，灼伤轴承。可以通过对电枢绕组进行除尘清理，端部除铁心外涂刷164晾干环氧灰色覆盖漆，减缓绝缘老化，并要减少粉尘的再浸入，避免形成短路击穿故障，能有效防止发生接地电蚀故障。
　　（4）轴承温升
　　轴承摩擦副及轴承电蚀都可以使油膜吸热，油温升高，润滑性能下降并产生热积累，使轴承温度上升。轴承温度反映了轴承的运行工况，轴承温度上升也是轴承故障的前兆。如果几台牵引电机电磁功率所产生的热效应都一致（基本一致），那么，轴承温度就可以客观反应出轴承本身工况。
　　在检修班组由操作者自检轴承温度，测出空载温升曲线。在运行条件下，远红外常温下测试；空载1350r/min；DC100V作温升曲线。由图4可知，在热平衡后，温升达13K接近饱和，1350r/min温升超过13K+2K可视为警视温度。在运营车辆回库后5min内测得轴承动态温升曲线，由图4可知32K接近饱和，故32K+2K可视为警视温度。 　　（5）防止发生燃轴故障
　　到达警示温度后，可认为轴承使用寿命已经度过Z佳运行期，故障率将随时间的增加而加大。应注意安排修程，在超过警视温度5~7K时应进入修程，避免发生燃轴故障。
　　作者认为通过提高润滑脂的耐热性、耐久性和不亲水性，可降低电化学电蚀；通过对电气部分的进一步绝缘处理，可降低接地电蚀；通过对电蚀回路采取阻断措施，可降低电压电蚀。
　　轴承磨耗与磨损的变化很难定量分析，正常磨耗的轴承能保证一个架修修程（约50万km），若不能保证一个架修时，需更换新品轴承。在正常使用寿命期间运行的轴承，其温升的变化可以客观反映出轴承的运行工况。在同一工作条件下测出其温升的变化进行比较，根据温升饱和点的不同制定出警示温度值，根据警示值的预报，分别在生产环节上建立监测网络，可以有效地防止轴承故障。
　　4　结论
　　有效地降低62310轴承故障，首先要排除轴承制造质量的干扰，其次正确科学地装配轴承也很关键。由于在解决轴承故障上排除了轴承质量的干扰，完善了工艺细节，采用了红外线温度测量手段，监测轴承故障前兆，科学有效地防止了轴承故障。根据历年轴承故障统计可以看出，1998年前基本排除了轴承制造质量的干扰，故障率由原来的46%下降到32%；2002年由于加强红外轴温测控，使轴承故障率再由32%下降到13%，取得显著的经济效果。
　　参考文献
　　[1]陈学楚主编.维修基础理论[M].北京：科学出版社，1998.
　　[2]罗云，张俊迈，吴奕亮.设备寿命周期费用方法及其应用[M].北京：海洋出版社，1992.