鐵路機車車輛軸承
2014-08-11
鐵路機車車輛軸承指用于機車和車輛之中的軸承。機車上的軸承包括軸箱軸承、牽引電動機軸承、傳動系統軸承、動力裝置軸承和冷卻系統軸承等多種，而車輛上的軸承主要是軸箱軸承，客車軸箱多用短圓柱滾子軸承，貨車軸箱主要采用圓錐滾子軸承，車輛軸承的品種、結構、性能等基本與機車軸箱軸承相似。
1．軸箱軸承
機車車輪通過軸箱、彈簧與轉向架構架與機車車體相連，軸箱軸承直接承受機車的簧上重力和鋼軌對車輪的徑向、軸向沖擊，此外還要傳遞牽引力以及因之而產生的某些附加載荷，因此軸箱軸承要有較大的承載能力，能夠耐沖擊振動，必須有較高的壽命、安全性和可靠性、較小的尺寸和質量；便于檢查和維護等。因此，機車軸承往往采用非標準系列的軸承和專用軸承技術條件，常用的滾動軸承有以下三類。
(1)圓柱滾子軸承 內燃機車和電力機車絕大多數軸箱都采用圓柱滾子軸承。主要有下列二種。
1)四列圓柱滾子軸承
我國機車軸箱軸承最早采用而且裝車數量最多的是四列圓柱滾子軸承972832型。該軸承的承載能力高，壽命長，其額定動載荷為1445kN。由于只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，因此必須在軸箱內另設承受軸向力的裝置。
2)雙列圓柱滾子軸承
我國東方紅2、3、5、21型和北京型機車軸箱都采用雙列圓柱滾子軸承982832T，該軸承承受徑向力，而以角接觸球軸承146132T承受軸向載荷。
雖然上述兩類軸承的運用情況令人滿意，但由于需要一個推力軸承及緩沖裝置，所以質量較大，價格較高且結構復雜，故障率相對較高。實際上，車軸的軸向力不很大，且作用時間較短，累計作用時間一般僅為總運行時間3％；另外軸箱在運轉中受到風冷，軸承溫升不致過高，因此國外很多機車采用兩套內圈帶擋圈的單列圓柱滾子軸承。我國機車制造企業(包括客車軸箱軸承)也逐漸采用了這類軸承。在六軸機車上，1、3、4、6位車軸軸箱內側裝552732QT、外側裝752732QT；2、5位車軸軸箱內側裝552732QT，外側裝652732QT。為保證其強度和足夠的使用壽命，這類軸承采用真空脫氣鋼或電渣重熔鋼，并在結構設計上采取一些強化措施，如套圈擋邊帶斜面、滾子具有球端面、滾子帶凸度(對數滾子)、加大滾子直徑、改進保持架等。
(2)調心滾子軸承
采用調心滾子軸承的優點是在軸箱與轉向架構架之間可以不設傾斜的補償裝置。我國從羅馬尼亞進口的ND2型內燃機車的軸箱軸承是SKF軸承公司生產的C型調心滾子軸承。其型號相當與國產軸承3G4053736KT。該類軸承的滾子為對稱形，內圈無外擋邊，中擋邊是可分離的，滾子與外圈是線接觸，滾子的有效工作長度較長，使用壽命比同樣外廓尺寸的非對稱形調心滾子軸承稍大。
(3)圓錐滾子軸承
機車軸箱用的這類軸承為雙列圓錐滾子軸承，美國ND5內燃機車上裝用的是TIMKEN公司生產的AP型軸承。該類軸承為英制尺寸，通常用的有B、C、D、E、F、G等各級，分別用于不同等級的車軸。
2．牽引電動機軸承
(1)牽引電動機電樞軸承
牽引電動機是電力機車和電傳動內燃機車傳動系統中的主要設備，電樞軸承又是其主要部件之一。電樞軸承載荷較大，而且牽引電動機的尺寸又受到車輪直徑、兩車輪內側距離和機車下部限界的限制，因此要求這類軸承必須具有盡可能小的尺寸和較高的極限轉速。
1)單側傳動的軸承
電樞通常采用雙支點支承，安裝齒輪的輸出端為游動支承，整流子端為定位支承。輸出端軸承的位置靠近齒輪，受力最大，是電樞兩軸承中的關鍵軸承。為了減輕其負載，一般采用內圈無擋邊的圓柱滾子軸承NU型。整流子端一般采用內圈有單擋邊并帶平擋圈的圓柱滾子軸承NUP型，國外也有采用內圈有單擋邊并帶斜擋圈的圓柱滾子軸承。
2)雙側傳動的軸承
當電動機功率較大時，如仍采用單側傳動則齒輪端的軸承負載過大，很難選擇額定動載荷和極限轉速都能滿足要求的軸承，故在電動機設計允許的條件下可改用雙側傳動方式。雙側傳動的優點是可以采用斜齒圓柱齒輪，使兩齒輪的螺旋角相等，旋向相反，從而獲得較平穩的傳動質量，而不致產生軸向載荷。適合這種用途的軸承為內圈無擋邊的圓柱滾子軸承NU型，如果雙側傳動仍用直齒圓柱齒輪，則應當選用能承受一定軸向力的軸承，一般采用內圈有單擋邊的圓柱滾子軸承NJ型。
(2)牽引電動機抱軸軸承
軸懸式牽引電動機通常是一側通過調桿支承于轉向架，另一側通過抱軸軸承支承在車軸上。抱軸軸承采用滑動支承比較簡便，但其潤滑和檢查都不太方便，故從50年代開始就改用滾動軸承。迄今曾采用的有圓柱滾子軸承、調心滾子軸承和圓錐滾子軸承。
圓柱滾子軸承適用于高速機車，其補脂周期長，安裝與維護比較簡單，特別是用整體外殼時這一優點更能充分顯現出來。圓錐滾子軸承的安裝剛度好，有利于保證齒輪的嚙合精度，但其裝拆與軸向游隙的調整卻比較困難。兩套調心滾子軸承的安裝，特別是拆卸比圓錐滾子軸承更為困難，但可適應軸的彎曲。我國電力機車牽引電動機的抱軸軸承有采用調心滾子軸承的，其型號為3G3053148T。
(3)牽引發電機軸承
現代電傳動內燃機車牽引發電機的機體通常安裝在柴油機輸出端的機體端面上。無論是這種安裝方式或其他方式，電樞的輸入端極少裝用軸承，一般是通過彈性聯軸器將電樞支承在柴油機的曲軸或輸出軸上，以便縮短發電機的縱向尺寸。
電樞軸的外端一般可用圓柱滾子軸承，有時為了安裝時與柴油機對位比較方便，也可采用調心滾子軸承。
3.內燃機車液力傳動系統的軸承
內燃機車液力傳動系統一般包括液力傳動箱、萬向軸、車軸齒輪箱三個部分。調車機車有時還包括一個工況齒輪箱，這些部分都裝有相當數量的滾動軸承。
(1)液力傳動箱軸承
液力傳動箱的工作方式是在牽引列車時，通過液力變扭器將柴油機的功率轉換為驅動機車的功率；施行動力制動時，利用液力制動器吸收機車車輪的動能。液力傳動箱內布置有若干軸系，每根軸的支承全用滾動軸承。
(2)中間齒輪箱軸承
中間齒輪箱的主要部件是各具有兩個齒輪的輸入軸和輸出軸，其中一根軸上的齒輪是換擋齒輪，該軸及其齒輪有離合機構，可使其中一個齒輪與軸連接、傳遞功率；另一齒輪在這種情況下只是空轉。換檔齒輪與離合器常布置在輸入軸上，因輸入轉矩較小，這樣有利于減小花鍵離合器的尺寸和軸承尺寸。
(3)車軸齒輪箱軸承
4．柴油機曲軸軸承
柴油機曲軸軸承采用滾動軸承的只限高速柴油機，其主要優點是：摩擦損失小，機械效率高，工作可靠，使用壽命長；潤滑方便，機油散熱器尺寸小等。與采用滑動軸承相小，其主要缺點是：價格高，質量大，裝配軸承與曲軸的技術要求高，維修與更換不便，噪聲也較大。
對于單缸和雙缸的小型柴油機曲軸，多用0級滾動軸承；對于高速大功率柴油機曲軸，因其載荷較大，一般只用圓柱滾子軸承。
1．軸箱軸承
機車車輪通過軸箱、彈簧與轉向架構架與機車車體相連，軸箱軸承直接承受機車的簧上重力和鋼軌對車輪的徑向、軸向沖擊，此外還要傳遞牽引力以及因之而產生的某些附加載荷，因此軸箱軸承要有較大的承載能力，能夠耐沖擊振動，必須有較高的壽命、安全性和可靠性、較小的尺寸和質量；便于檢查和維護等。因此，機車軸承往往采用非標準系列的軸承和專用軸承技術條件，常用的滾動軸承有以下三類。
(1)圓柱滾子軸承 內燃機車和電力機車絕大多數軸箱都采用圓柱滾子軸承。主要有下列二種。
1)四列圓柱滾子軸承
我國機車軸箱軸承最早采用而且裝車數量最多的是四列圓柱滾子軸承972832型。該軸承的承載能力高，壽命長，其額定動載荷為1445kN。由于只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，因此必須在軸箱內另設承受軸向力的裝置。
2)雙列圓柱滾子軸承
我國東方紅2、3、5、21型和北京型機車軸箱都采用雙列圓柱滾子軸承982832T，該軸承承受徑向力，而以角接觸球軸承146132T承受軸向載荷。
雖然上述兩類軸承的運用情況令人滿意，但由于需要一個推力軸承及緩沖裝置，所以質量較大，價格較高且結構復雜，故障率相對較高。實際上，車軸的軸向力不很大，且作用時間較短，累計作用時間一般僅為總運行時間3％；另外軸箱在運轉中受到風冷，軸承溫升不致過高，因此國外很多機車采用兩套內圈帶擋圈的單列圓柱滾子軸承。我國機車制造企業(包括客車軸箱軸承)也逐漸采用了這類軸承。在六軸機車上，1、3、4、6位車軸軸箱內側裝552732QT、外側裝752732QT；2、5位車軸軸箱內側裝552732QT，外側裝652732QT。為保證其強度和足夠的使用壽命，這類軸承采用真空脫氣鋼或電渣重熔鋼，并在結構設計上采取一些強化措施，如套圈擋邊帶斜面、滾子具有球端面、滾子帶凸度(對數滾子)、加大滾子直徑、改進保持架等。
(2)調心滾子軸承
采用調心滾子軸承的優點是在軸箱與轉向架構架之間可以不設傾斜的補償裝置。我國從羅馬尼亞進口的ND2型內燃機車的軸箱軸承是SKF軸承公司生產的C型調心滾子軸承。其型號相當與國產軸承3G4053736KT。該類軸承的滾子為對稱形，內圈無外擋邊，中擋邊是可分離的，滾子與外圈是線接觸，滾子的有效工作長度較長，使用壽命比同樣外廓尺寸的非對稱形調心滾子軸承稍大。
(3)圓錐滾子軸承
機車軸箱用的這類軸承為雙列圓錐滾子軸承，美國ND5內燃機車上裝用的是TIMKEN公司生產的AP型軸承。該類軸承為英制尺寸，通常用的有B、C、D、E、F、G等各級，分別用于不同等級的車軸。
2．牽引電動機軸承
(1)牽引電動機電樞軸承
牽引電動機是電力機車和電傳動內燃機車傳動系統中的主要設備，電樞軸承又是其主要部件之一。電樞軸承載荷較大，而且牽引電動機的尺寸又受到車輪直徑、兩車輪內側距離和機車下部限界的限制，因此要求這類軸承必須具有盡可能小的尺寸和較高的極限轉速。
1)單側傳動的軸承
電樞通常采用雙支點支承，安裝齒輪的輸出端為游動支承，整流子端為定位支承。輸出端軸承的位置靠近齒輪，受力最大，是電樞兩軸承中的關鍵軸承。為了減輕其負載，一般采用內圈無擋邊的圓柱滾子軸承NU型。整流子端一般采用內圈有單擋邊并帶平擋圈的圓柱滾子軸承NUP型，國外也有采用內圈有單擋邊并帶斜擋圈的圓柱滾子軸承。
2)雙側傳動的軸承
當電動機功率較大時，如仍采用單側傳動則齒輪端的軸承負載過大，很難選擇額定動載荷和極限轉速都能滿足要求的軸承，故在電動機設計允許的條件下可改用雙側傳動方式。雙側傳動的優點是可以采用斜齒圓柱齒輪，使兩齒輪的螺旋角相等，旋向相反，從而獲得較平穩的傳動質量，而不致產生軸向載荷。適合這種用途的軸承為內圈無擋邊的圓柱滾子軸承NU型，如果雙側傳動仍用直齒圓柱齒輪，則應當選用能承受一定軸向力的軸承，一般采用內圈有單擋邊的圓柱滾子軸承NJ型。
(2)牽引電動機抱軸軸承
軸懸式牽引電動機通常是一側通過調桿支承于轉向架，另一側通過抱軸軸承支承在車軸上。抱軸軸承采用滑動支承比較簡便，但其潤滑和檢查都不太方便，故從50年代開始就改用滾動軸承。迄今曾采用的有圓柱滾子軸承、調心滾子軸承和圓錐滾子軸承。
圓柱滾子軸承適用于高速機車，其補脂周期長，安裝與維護比較簡單，特別是用整體外殼時這一優點更能充分顯現出來。圓錐滾子軸承的安裝剛度好，有利于保證齒輪的嚙合精度，但其裝拆與軸向游隙的調整卻比較困難。兩套調心滾子軸承的安裝，特別是拆卸比圓錐滾子軸承更為困難，但可適應軸的彎曲。我國電力機車牽引電動機的抱軸軸承有采用調心滾子軸承的，其型號為3G3053148T。
(3)牽引發電機軸承
現代電傳動內燃機車牽引發電機的機體通常安裝在柴油機輸出端的機體端面上。無論是這種安裝方式或其他方式，電樞的輸入端極少裝用軸承，一般是通過彈性聯軸器將電樞支承在柴油機的曲軸或輸出軸上，以便縮短發電機的縱向尺寸。
電樞軸的外端一般可用圓柱滾子軸承，有時為了安裝時與柴油機對位比較方便，也可采用調心滾子軸承。
3.內燃機車液力傳動系統的軸承
內燃機車液力傳動系統一般包括液力傳動箱、萬向軸、車軸齒輪箱三個部分。調車機車有時還包括一個工況齒輪箱，這些部分都裝有相當數量的滾動軸承。
(1)液力傳動箱軸承
液力傳動箱的工作方式是在牽引列車時，通過液力變扭器將柴油機的功率轉換為驅動機車的功率；施行動力制動時，利用液力制動器吸收機車車輪的動能。液力傳動箱內布置有若干軸系，每根軸的支承全用滾動軸承。
(2)中間齒輪箱軸承
中間齒輪箱的主要部件是各具有兩個齒輪的輸入軸和輸出軸，其中一根軸上的齒輪是換擋齒輪，該軸及其齒輪有離合機構，可使其中一個齒輪與軸連接、傳遞功率；另一齒輪在這種情況下只是空轉。換檔齒輪與離合器常布置在輸入軸上，因輸入轉矩較小，這樣有利于減小花鍵離合器的尺寸和軸承尺寸。
(3)車軸齒輪箱軸承
4．柴油機曲軸軸承
柴油機曲軸軸承采用滾動軸承的只限高速柴油機，其主要優點是：摩擦損失小，機械效率高，工作可靠，使用壽命長；潤滑方便，機油散熱器尺寸小等。與采用滑動軸承相小，其主要缺點是：價格高，質量大，裝配軸承與曲軸的技術要求高，維修與更換不便，噪聲也較大。
對于單缸和雙缸的小型柴油機曲軸，多用0級滾動軸承；對于高速大功率柴油機曲軸，因其載荷較大，一般只用圓柱滾子軸承。