動車組齒輪箱軸承保持架斷裂分析

陳經(jīng)緯　邵立云

（中車唐山機車車輛有限公司，工程師，河北　唐山　063035）

動車組齒輪箱軸承保持架斷裂分析

陳經(jīng)緯1邵立云2

（中車唐山機車車輛有限公司，工程師，河北唐山063035）

通過對和諧號動車組某品牌齒輪箱軸承組成零件的外觀、掃描電鏡、表面殘余應(yīng)力、化學(xué)成分、硬度以及金相等方面進行檢測，分析軸承保持架發(fā)生斷裂的原因，為有關(guān)生產(chǎn)廠家加強薄弱環(huán)節(jié)提高產(chǎn)品質(zhì)量、為使用單位檢修人員有的放矢確保安全，提供參考。

動車組；齒輪箱軸承；分析

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.04.020

和諧號動車組裝用的某品牌齒輪箱，發(fā)生了齒輪箱潤滑油變黑現(xiàn)象，因黑油更換下的齒輪箱，在分解檢查時發(fā)現(xiàn)齒輪箱輸出端車輪側(cè)軸承保持架斷裂，為了找出導(dǎo)致斷裂的原因，我們隨機取一套編號為352的故障軸承進行檢測，從以下6個方面對軸承保持架斷裂原因進行分析。

1　外觀檢查分析

故障軸承所在動車組已累計走行約191萬km，將軸承各組成零件表面清洗干凈并烘干后，依次對各個零件表面的外觀進行認(rèn)真檢查和分析，結(jié)果見圖1～圖12和表1。

圖1　軸承外圈的外徑面圖

2軸承外圈的另一處外徑面

圖3　軸承外圈滾道面

圖4　軸承內(nèi)圈滾道面

圖5　軸承內(nèi)圈內(nèi)徑面

圖6　軸承滾子滾道面

圖7　軸承保持架斷裂處的外徑面

圖8　軸承保持架未斷裂處的外徑面

圖9　軸承保持架斷裂處的兜孔

圖10　軸承保持架未斷裂處的兜孔

圖11　圖10中局部兜孔部位的磨損

圖12　圖11中兜孔另一端的磨損

表1　軸承零件表面外觀檢查分析［1］

2　掃描電鏡斷口分析

從保持架上切取斷口試樣，經(jīng)超聲波清洗、烘干后放入掃描電鏡中，對兩個斷口形貌進行觀察。由電鏡形貌可以看出，保持架小端處的斷口磨損、擠壓嚴(yán)重，為初始斷口，其斷裂源區(qū)位于兜孔端面與過梁的拐角處（見圖13、圖14），另一斷口較新鮮（見圖15、圖16），為衍生斷口。

13保持架上初始斷口低倍形貌

圖14　中斷裂源區(qū)的放大形貌

圖

圖15　保持架上另一斷口低倍形貌

圖16　圖15中局部放大形貌

3　表面殘余應(yīng)力分析

隨機選取一粒滾子，放置在應(yīng)力分析儀下，對其表面上同軸線位置的磨損變色區(qū)和正常區(qū)域的殘余應(yīng)力進行檢測，結(jié)果見表2。

由上表中的結(jié)果可以看出，滾子表面上磨損區(qū)域的軸向殘余應(yīng)力遠遠高于正常區(qū)域，說明同一滾子表面上存在軸向載荷偏載的現(xiàn)象。

4　硬度分析

將軸承外、內(nèi)圈和三粒滾子依次放在洛氏硬度計上，負荷150 kg，對其硬度檢驗，結(jié)果見表3。

表3　送檢軸承零件的硬度檢驗結(jié)果

由表3中的檢驗結(jié)果分析可以知道，送檢的軸承外、軸承內(nèi)圈以及軸承的滾子的硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2235-2010《鐵道車輛滾動軸承》［2］的規(guī)定。

5　化學(xué)成分分析

從軸承各個零件上切取外圈、內(nèi)圈、滾子和保持架的試樣，磨制后依次放置在直讀光譜儀上，對其化學(xué)成分進行分析，軸承零件化學(xué)成分檢驗結(jié)果見表4。

表4　軸承零件化學(xué)成分檢驗結(jié)果

由表4中的檢驗結(jié)果分析可知：1）軸承的內(nèi)、外圈及滾子的材料為GCr 15，其中軸承內(nèi)圈、外圈的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2235-2010《鐵道車輛滾動軸承》中對GCr 15鋼的規(guī)定，而滾子的C含量與標(biāo)準(zhǔn)不符；2）保持架的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 710-2008《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板和鋼帶》［3］中對08Al鋼的規(guī)定。

6　金相分析

6.1材質(zhì)檢驗將從軸承的外圈和軸承的內(nèi)圈上各切取的檢驗試樣，隨同任意選取的一粒滾子，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18254-2002《高碳鉻軸承鋼》［4］中的有關(guān)規(guī)定磨制，然后依次放置在金相顯微鏡下，對其材質(zhì)中的非金屬夾雜物和碳化物不均勻性進行檢驗評級，結(jié)果見表5；并采用能譜儀對軸承外圈上發(fā)現(xiàn)的C類夾雜物成分進行定性分析，此分析及結(jié)果見圖17。由表5中的檢驗結(jié)果分析可知：1）軸承的內(nèi)圈材質(zhì)中的非金屬夾雜物和碳化物不均勻性均符合標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3010-2001《鐵道車輛滾動軸承高碳鉻軸承鋼訂貨技術(shù)條件》［5］規(guī)定；2）軸承外圈和滾子材料質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3010-2001規(guī)定。

表5　軸承零件的材質(zhì)檢驗結(jié)果

圖17　軸承外圈試樣上的硅酸鹽夾雜物（C粗系）的形貌及成分能譜分析結(jié)果示意圖

6.2淬回火組織檢驗將經(jīng)過材質(zhì)檢驗的內(nèi)、外圈及滾子試樣重新磨制后，用4%的硝酸酒精腐蝕沖洗干凈并烘干后依次放置在金相顯微鏡上，參照標(biāo)準(zhǔn)JB/T 1255-2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件》［6］規(guī)定，對其淬回火組織進行檢驗，結(jié)果見表6。

表6　送檢軸承零件的淬回火檢驗結(jié)果

由表6中的結(jié)果可知，軸承外圈和內(nèi)圈的淬回火組織符合標(biāo)準(zhǔn)要求；滾子淬回火組織不符合要求。

7　結(jié)束語

本文通過試驗、分析和論證，認(rèn)為雖然軸承零件中滾子化學(xué)成分與材料質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，造成其淬回火組織不合格；外圈材質(zhì)中非金屬夾雜物（C類）也不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但這些不是造成軸承保持架斷裂的原因；綜合對軸承零件外觀檢查分析、掃描電鏡斷口分析以及表面殘余應(yīng)力分析，可知保持架的斷裂與軸承所承受的較大軸向力有直接關(guān)系。軸承在較大軸向力作用下，運轉(zhuǎn)中的滾子位置發(fā)生傾斜，并將部分軸向力傳遞到保持架一側(cè)的側(cè)梁兜孔面上，造成保持架斷裂，即軸承保持架的斷裂是由于軸承承受的較大軸向力造成的。

［1］馮自立CRH2型動車組軸箱軸承常見表面損傷原因分析［J］機車車輛工藝2010，（3）∶40-41，44.

［2］TB/T 2235鐵道車輛滾動軸承［S］2010.

［3］GB/T 710優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板和鋼帶［S］2008

［4］GB/T 18254高碳鉻軸承鋼［S］2002

［5］TB/T 3010鐵道車輛滾動軸承高碳鉻軸承鋼訂貨技術(shù)條件［S］2001.

［6］JB/T 1255高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件［S］2001.

U260.331+.2

B

1006-8686（2016）04-0057-04