動車組齒輪箱軸承保持架斷裂分析

陳經緯　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、表面殘余應力、化學成分、硬度以及金相等方面進行檢測，分析軸承保持架發生斷裂的原因，為有關生產廠家加強薄弱環節提高產品質量、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，發生了齒輪箱潤滑油變黑現象，因黑油更換下的齒輪箱，在分解檢查時發現齒輪箱輸出端車輪側軸承保持架斷裂，為了找出導致斷裂的原因，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真檢查和分析，結果見圖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　軸承內圈滾道面

圖5　軸承內圈內徑面

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、擠壓嚴重，為初始斷口，其斷裂源區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　表面殘余應力分析

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

由上表中的結果可以看出，滾子表面上磨損區域的軸向殘余應力遠遠高于正常區域，說明同一滾子表面上存在軸向載荷偏載的現象。

4　硬度分析

將軸承外、內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，結果見表3。

表3　送檢軸承零件的硬度檢驗結果

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

5　化學成分分析

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

表4　軸承零件化學成分檢驗結果

由表4中的檢驗結果分析可知：1）軸承的內、外圈及滾子的材料為GCr 15，其中軸承內圈、外圈的化學成分符合標準TB/T 2235-2010《鐵道車輛滾動軸承》中對GCr 15鋼的規定，而滾子的C含量與標準不符；2）保持架的化學成分符合標準GB/T 710-2008《優質碳素結構鋼熱軋薄鋼板和鋼帶》［3］中對08Al鋼的規定。

6　金相分析

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

表5　軸承零件的材質檢驗結果

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果示意圖

6.2淬回火組織檢驗將經過材質檢驗的內、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，參照標準JB/T 1255-2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術條件》［6］規定，對其淬回火組織進行檢驗，結果見表6。

表6　送檢軸承零件的淬回火檢驗結果

由表6中的結果可知，軸承外圈和內圈的淬回火組織符合標準要求；滾子淬回火組織不符合要求。

7　結束語

本文通過試驗、分析和論證，認為雖然軸承零件中滾子化學成分與材料質量不符合標準，造成其淬回火組織不合格；外圈材質中非金屬夾雜物（C類）也不符合標準規定，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系。軸承在較大軸向力作用下，運轉中的滾子位置發生傾斜，并將部分軸向力傳遞到保持架一側的側梁兜孔面上，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優質碳素結構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條件［S］2001.

U260.331+.2

B

1006-8686（2016）04-0057-04