铁路客车轴承NJ3226早期失效分析

墅　！　＝　！　轴承２０１１年ｌ２期　ＣＮ４ｌ一１１４８／ＴＨ　３５—３７　Ｂｅａｔｉｎｇ　２０１１，Ｎｏ．１２　铁路客车轴承ＮＪ３２２６早期失效分析　尤绍军　（瓦房店轴承集团有限责任公司　技术中心，辽宁　瓦房店　１１６３００）　摘要：对ＮＪ３２２６铁路客车轴承极小比例的早期失效进行了分析，认为该轴承的早期失效是轴承滚子和内滚道　素线的加工质量及铁路客车车轴的挠曲变形与轴承各零件加工尺寸的离散性和轴承的材料、热处理及磨削烧　伤等质量缺陷叠加耦合造成的，并给出了轴承生产和装配过程中的改进措施。　关键词：铁路客车轴承；圆柱滚子轴承；失效分析　中图分类号：ＴＨ１３３．３３　２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１０００—３７６２（２０１１）１２—００３５—０３　铁路客车轴承是保证铁路客车正常运行的关　落所占比例为８７％，疲劳剥落主要发生在距挡边　键部件，其在铁路客车运行过程中最易失效，早期　约８　ｍｍ滚道处，如图２所示。外滚道和滚子的早　失效事故屡有发生，且带来巨大的经济损失甚至　期剥落也主要发生在与内圈对应的滚道部位。早　安全事故。为提高其可靠性，降低其早期失效事　期失效的ＮＪ３２２６和ＮＪＰ３２２６轴承按失效模式的　故率始终是铁路客车轴承研究的重要课题。现对　分类统计见表１。　铁路客车用ＮＪ３２２６轴承的早期失效进行分析，以　期找到改进办法。　１早期失效模式统计　铁路客车车轴每端各安装一套ＮＪ３２２６和　ＮＪＰ３２２６轴承（图１），轴承除承受车体全部重量　外，还要承受客车运行过程中产生的轴向和径向　冲击载荷。　１　２　３　４　图２　ＮＪ３２２６内圈滚道早期疲劳剥落照片　表１　铁路客车轴承早期失效分类统计　ｌ—车轮；２－－ＮＪ３２２６Ｘ１；３－－－－ＮＪＰ３２２６Ｘ１；　轴　图１铁路客车轴承在车轴上的装配图　ＮＪ３２２６和ＮＪＰ３２２６轴承于２００５年１１月至　２００９年８月问发生的共４０例早期失效事故，失效　２　失效分析　形式全部是滚道早期疲劳剥落。这些轴承实际装　早期疲劳剥落主要发生在ＮＪ３２２６轴承内滚　车运行时间均不到２年，产生早期疲劳剥落的比　道距挡边约８　ｍｍ处，非常有规律，这说明轴承的　例约为０．２％。发生早期失效的轴承主要是　过早失效有系统因素的作用。而由磨削烧伤和材　ＮＪ３２２６，占失效轴承总数的９６％，内滚道疲劳剥　料缺陷造成的早期疲劳剥落应在滚道上随机分　布。对多件ＮＪ３２２６和ＮＪＰ３２２６失效零件进行检　收稿日期：２０１１—０３—２８；修回日期：２０１１—０５—１７　验分析，未发现任何磨削烧伤和材料缺陷，故早期　・３６・　《轴承））２０１１．Ｎｏ．１２　ｇ　ｊ＼础　譬厘　避　《懈　避　失效不是由磨削烧伤和材料缺陷所致。　对早期失效轴承和正常轴承的内、外圈热处理　质量进行了检测分析，发现早期失效轴承的热处理　质量良好，与正常轴承的热处理质量无明显差别，　说明轴承的早期失效不是由热处理质量造成的。　对２０多套正常轴承的内圈、外圈和滚子等零　件的几何尺寸进行了全面检测，发现ＮＪ３２２６内圈　滚道的素线两端均向下倾斜约１—２　ｍ（设计为　直线），过渡区正好位于距内圈挡边８～１０　ｍｍ的　滚道处（图３）；滚子素线有过修正的问题，其两端　有约８　ｍｍ的斜坡（图４），设计的滚子素线如图５　所示。对滚子素线形状进行纠正后，仍没有解决　问题，但可以肯定ＮＪ３２２６轴承滚子和内滚道的素　线的加工质量是造成其过早失效的系统因素之　一。由于轴承的过早失效率非常低，因此，从上述　分析可知，ＮＪ３２２６轴承的过早失效是由复杂的多　因素耦合作用的结果。　内圈滚道素线长度／ｍｍ　图３　ＮＪ３２２６内圈滚道素线　图４　ＮＪ３２２６滚子素线　图５滚子设计的外形尺寸　３　受力分析　车轴的运动受力状态如图６所示。图中　，　是车轴受到的径向冲击载荷；Ｆ２，Ｆ５是铁路客　车质量对车轴的压力；Ｆ，，Ｆ　是铁路客车车轮对车　轴的支持力；Ｆ７是轴向冲击载荷。　，　分别与　，　平衡；　。，　是　与Ｆ３和　与　由于作　用点不同而产生的附加力矩，使车轴产生一定的挠　曲变形，如图７所示。轴向和径向冲击载荷是变化　载荷，其值受路况、客车载质量和运行速度等影响。　Ｆ．，Ｆ２，　，　通过安装在车轴端的ＮＪ３２２６和　ＮＪＰ３２２６轴承传递给车轴。　图６车轴的运动受力状态　图７　车轴的挠曲变形　不考虑铁路客车车轴的挠曲变形时，Ｆ。，Ｆ　，　，　在轴承ＮＪ３２２６和ＮＪＰ３２２６内部产生的应力　分布如图８所示（这里仅分析了内圈的应力分布，　外圈和滚子的应力分布与此对称）。　图８　内圈压力分布状态　由于滚子素线为对数曲线，加工时由于过修　正导致两端有约８　ｍｍ的斜坡；同时内滚道素线在　距离挡边８　ｍｍ的长度范围内有１．５～２．０　ｍ的　下沉（共检测内圈２０件，素线形状全部如此），使　得内滚道端部的应力低于中部。但由于铁路客车　车轴的挠曲变形，导致Ｆ。，Ｆ　，　，Ｆ　在ＮＪ３２２６和　ＮＪＰ３２２６轴承上分布不均，使ＮＪ３２２６承受的载荷　比ＮＪＰ３２２６大，并使两轴承内部的接触应力分布　发生明显变化，产生了应力集中，最大应力位于距　ＮＪ３２２６内圈挡边８　ｍｍ的滚道部位，如图９所示。　图９中Ｆ　是由轴向冲击载荷Ｆ７引起的附加载　荷。　主要由ＮＪ３２２６内圈挡边承受，并传递给滚　子，在滚子上产生力Ｆ，，如图１０所示，力Ｆ　推动　滚子与外圈挡边互相作用，在对应的滚子上产生　力　。由于Ｆ，与　的作用点不同，在滚子上产生　尤绍军：铁路客车轴承ＮＪ３２２６早期失效分析　・３７・　了极小比例的铁路客车轴承的早期疲劳失效。这　些偶然因素分为以下两种类型。（１）轴承各零件　加工尺寸的离散性。例如，ＮＪＰ３２２６，ＮＪ３２２６轴承　径向游隙为０．１２—０．１７　ｍｍ，如果配对使用的　ＮＪＰ３２２６，ＮＪ３２２６一对轴承中，ＮＪＰ３２２６轴承径向　游隙较大，而ＮＪ３２２６轴承的径向游隙较小，必然　图９　车轴挠曲变形引起的轴承内部应力集中　导致ＮＪ３２２６轴承承受的载荷增加，ＮＪＰ３２２６轴承　承受的载荷减小。（２）轴承的材料、热处理、磨削　图１０滚子的受力状态　附加力矩　，使得滚子发生偏转，滚子偏转下与　内圈作用，产生力Ｆ９，与外圈作用，产生力Ｆ　。，　的反作用力　作用于内滚道，进一步增加了内滚　道受力，而且ＮＪ３２２６内圈滚道的素线两端向下倾　斜和滚子素线的过修正，使力的作用点位于距　ＮＪ３２２６内圈挡边８　ｉｎｎ＇＿ｌ的滚道部位，使该部位的　应力进一步增加。同时Ｆ。。的反作用力　。作用于　外圈滚道，进一步增加了外圈滚道受力，但是，该　力的作用点远离与ＮＪ３２２６内圈挡边相距８　ｍｍ的　内滚道部位对应的外圈滚道部位，因而，外圈滚道　最大应力不会增大，从而导致与ＮＪ３２２６内圈挡边　相距８　ｍｍ的内滚道部位的应力高于对应的外圈　滚道部位的应力。基于上述分析，与ＮＪ３２２６内圈　挡边相距８　ｍｍ的内滚道部位在整套轴承中接触　应力最大，最易产生接触疲劳剥落。可见，铁路客　车车轴的挠曲变形是导致ＮＪ３２２６轴承过早失效　的因素之一。　此外，多数用户在安装时，一般选择ＮＪ３２２６　的内圈滚道直径比ＮＪＰ３２２６的内圈滚道直径大　０．００５　ｍｍ，以便增加ＮＪ３２２６内圈的受力，减小轴　颈的挠曲变形。任何接触应力的增加，都可能导　致轴承疲劳寿命的急剧降低¨Ｊ。因此，这个措施　也是造成铁路客车轴承早期疲劳剥落主要发生在　ＮＪ３２２６轴承上的因素之一。　４结果与分析　铁路客车轴承发生早期疲劳剥落的比例约为　０．２％，这说明，在轴承运行状态正常的情况下，虽　然有导致ＮＪ３２２６轴承过早失效的系统因素存在，　但这些系统因素不足以导致轴承产生早期疲劳剥　落，而是其与另外一个或几个偶然因素叠加导致　烧伤等质量缺陷。例如材料内部的细小夹杂物、　轻微的网状和带状碳化物、局部轻微的脱贫碳和　局部轻微的烧伤等。这些质量缺陷会导致ＮＪ３２２６　内圈滚道疲劳强度降低。　５　改进措施及效果　（１）严格控制ＮＪ３２２６，ＮＪＰ３２２６轴承的径向游　隙，防止配对轴承由于径向游隙偏差导致ＮＪ３２２６　承受的载荷进一步增加，提高载荷在ＮＪ３２２６，　ＮＪＰ３２２６轴承之间分布的均匀性。　（２）在组配安装轴承时，不应使ＮＪ３２２６轴承　内圈滚道直径比ＮＪＰ３２２６轴承内圈滚道直径大　０．００５　ｍｍ。　（３）严格控制ＮＪ３２２６内圈滚道的倾斜度在公　差之内，该倾斜度从挡边到小端面应由低到高。　（４）杜绝ＮＪ３２２６轴承内圈滚道素线两端向下　倾斜。　（５）严格按图纸加工滚子素线形状，防止滚子　素线的过修正。　（６）减小轴承内圈、外圈和滚子等零件尺寸公　差和形位公差的离散性。　通过对轴承生产和安装的严格控制，ＮＪ３２２６　和ＮＪＰ３２２６轴承早期失效事故率降低了６０％。　６　结束语　通过对ＮＪ３２２６铁路客车轴承早期失效案例　的分析，认为该轴承极小比例的早期失效是轴承　滚子和内滚道素线的加工质量及铁路客车车轴的　挠曲变形这些系统因素与轴承各零件加工尺寸的　离散性和轴承的材料、热处理、磨削烧伤等质量缺　陷这些偶然因素叠加耦合造成的。通过对轴承生　产和安装的严格控制，可以有效地提高铁路客车　轴承的可靠性。　参考文献：　［１］刘吉远，陈雷．铁路火车轮轴技术概论［Ｍ］．北京：中　国铁道出版社，２００９．　（编辑：温朝杰）