双列圆锥滚子轴承单元异音失效分析及卡控
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[摘 要]本文通过对异音故障轴承进行解体，对轴承每一个组件的外观进行深入检查，结合轴承在运行过程中的受力原理及设计理论，复原故障轴承，得出失效机理，并对预防措施进行制定，从而有效的卡控故障率。
[关键词]圆锥滚子轴承单元；解体；分析；控制
中图分类号：TH133.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0042-01
一、背景
随着城市轨道交通的发展，许多城市轨道交通的地铁车辆已经经过架修、大修等，如北京地铁、上海地铁、广州地铁已有非常成熟的运营经验，而深圳地铁、武汉地铁、南京地铁、天津地铁等也相继步入架修和大修阶段。而转向架系统是架、大修阶段的检修部件，轴箱轴承属于全列车的关节，更是检修的重点。轴承异音属于轴承的一个典型故障，本文在地铁公司选取一个典型故障案例的异音轴箱轴承，通过对其的研究，得出相应的卡控措施。
案例轴承信息：
（一）应用：国内地铁车辆A型车
（三）轴承总运用里程：1，006，358km
二、案例轴承解体分析
（一）轴承解体前检查
对案例轴承进行了解体前及解体后零部件应用状况检查，具体信息如下所示：
为便于分析，对轴承如下描述，轴端压盖侧为“B侧”，后挡侧为“A”侧，下同。
分解前对轴承整体外观进行了检查，旋转滚子组件，A侧和B侧均有卡滞，轴承外圈蠕动腐蚀痕迹显示轴承承载不均。
（二）轴承解体后检查
轴承分解后，清洗后对各组件进行详细的外观检查。
轴承外圈外径：轴承外圈蠕动腐蚀痕迹显示轴承内外侧承载不均，A侧承载区域较大，承载较重。
轴承外圈滚道：轴承外圈A侧滚道沿周向均有不同程度剥离，滚道中隔圈区域磨损严重；轴承外圈B侧滚道承载区约有60°范围明显剥离区域，非承载区域剥离呈离散分布，系剥离颗粒碾压所致。
轴承内圈滚道：A侧和B侧轴承内圈滚道均有周向硬质压痕，系磨损颗粒所致。
A侧内圈小挡边和B侧内圈大挡边有严重磨损，说明轴承受力异常，挡边和滚子端面在非正常受力状态下工作。
滚子状态：
A侧滚子小端面严重剥离，是内圈挡边异常受力接触所致。而该轴承B侧滚子大端周向磨损，可见明显黑色磨损区域，与前面外圈承载区向外侧偏移向对应，滚子被向端面挤压，与内圈异常接触磨损。
保持架状态：
A侧保持架磨损严重，与滚子端面磨损严重对应。
B侧保持架状态良好。
密封件状态：
B侧密封件端面及内径面均有异常接触磨损，因与轴端压盖接触磨损所致。
A侧密封件未见异常。
中隔圈状态：中隔圈内侧可见明显磨损。
（三）轴承失效原因分析
1、轴承故障复位
根据轴承本体检查显示，轴承内侧和外侧均出现不同程度的剥离，轴承外圈外侧滚道承载区有约60°的剥离区域，且中隔圈区域滚道向内侧磨损严重；轴承A侧内圈挡边磨损严重，滚子小端面材料缺失；B侧内圈挡边磨损严重，滚子大端面均有严重磨损。滚子小端面受异常轴向力挤压磨损，材料剥落引起滚道剥离。
2、轴承失效机理
从轴承失效元件的状态可以看出，异常轴向力引起的接触磨损是轴承失效的主要原因。轴承被向内挤压，导致密封及内圈端面与B侧滚动体相互挤压，滚动体大端面与内圈端面异常磨损；与此同时，异常轴向力还引起A侧内圈端面挤压滚子小端面，引起材料剥落。另一方面由于轴承本身承载不均，在B侧的承载明显大于A侧，也使得受到损伤的外侧承载区的剥离加速扩展。
三、控制措施
轴承的失效可能为轴向力的持续作用，而轴向力的来源可能性之一是转向架在长期运行后构架的变形引起；来源可能性之二是转臂组装时非“自由状态”而是有预负荷，会持续作用于轴承。
失效可能因金属疲劳失效所致，轴承的基本额定使用寿命是以基本额定动载荷（符合ISO281）为基础计算得出，有90%能够达到或超过额定寿命，也有10%低于额定寿命。
失效还可能因非金属疲劳所致，此原因较为复杂，需进一步跟踪。
为了保障地铁车辆运行安全，建议采取以下紧急控制措施：
1、加强轴箱温度贴片的例行检查；
2、车辆入库时安排人员对转向架进行监听，判断轴箱是否有异音；
3、采用轴承状态检测装置，监控轴承振动频谱，及时发现轴承的早期故障，减少行驶车辆工作期间的故障风险。
参考文献
[1] 成大先，化学工业出版社.机械设计手册（第5版・单行本）：轴承，2010.1.
[2] 杨国安，中国石化出版社. 滚动轴承故障诊断实用技术，2012.1.
[3] SKF集团，SKF轴承综合型录，2011.12.