淺論鐵路貨車滾動軸承塑鋼保持架與金屬保持架之間的比較優勢

李振東

摘要：鐵路貨車滾動軸承保持架傳統上采用低碳鋼、鋁合金或黃銅等金屬材料經過機械加工而成，隨著高性能工程塑料的發展，工程塑料保持架已廣泛運用于軸承上。本文就從兩種保持架在生產加工、自身重量、耐腐蝕性能、自潤滑性、耐摩耗性、提高疲勞強度、安全性、方便組裝易檢修等方面進行比較，讓綜合性能更優的產品呈現在大家面前。

關鍵詞：鐵路貨車滾動軸承；塑鋼保持架；金屬保持架；比較優勢

1.生產加工：

①塑鋼保持架原材料采用的是添加了25%玻璃纖維增強尼龍（也被稱為玻纖強化尼龍66）的塑料顆粒，在一定工作溫度下加熱熔融后采用螺桿式注射器和注塑模具成型。注塑成型是熱塑性塑料成型中應用最廣泛的一種清潔加工方法，其具有生產周期短、能一次成型外形復雜、尺寸精確的塑料制品等特點，因此是一種既經濟又先進的成型技術，生產過程清潔、安全、環保。

②最為常見的鋼保持架是通過沖壓模具和剪板機、沖床、車床等設備把低碳鋼板加工成保持架，其生產工序一般包括：剪板、落料、初形、成形、沖工藝孔、沖窗孔、沖底孔、壓坡、擴張、車邊、光拭震動或熱處理去應力、磷化等。剪板和沖壓生產中噪聲和危險性大，磷化過程中產生有污染的工業廢水和廢氣，不利于員工職業健康和安全，也不利于環境保護。

③通過對比很容易看出前者加工工序簡單，加工精度高對環境不造成污染對工人不產生傷害，在生產加工方面的優勢顯而易見。

2.自身重量：

塑鋼保持架使用材料為塑料，其中為了增加強度和韌性添加了一定量的玻璃纖維。塑料的密度極低因此自身重量非常輕，一副352226X2-2RZ型軸承塑鋼保持架的重量大約為160克左右，353130B型軸承塑鋼保持架的重量大約為194克左右。

鋼保持架采用的是3mm厚的低碳鋼板，經沖、剪等繁雜工序而成形，鋼材密度較塑料密度要大許多，一副鋼保持架的重量約在一千二百克左右。

①160克～194克左右的塑鋼保持架和一千多克的鋼保持架相比重量優勢不言而喻。由于材質輕，那么前者就擁有了更高的低慣性優勢，有利于提高軸承高速運轉性能。

3.耐腐蝕性能：

①塑鋼保持架采用的是尼龍66，該材料為半透明或不透明的乳白色、結晶樹脂，在較寬的溫度范圍內有較高的強度、韌性、剛性，耐蠕變、耐疲勞、耐磨、自潤滑性能優良、耐油、耐脂類等有機溶劑。

②鋼保持架對于脂類的抗腐蝕能力較弱，在復雜環境下，低碳鋼抗氧化、耐高溫能力差，常會出現銹蝕現象，降低保持架的強度和韌性，在受到強烈軌道沖擊的情況之下，誘發隱藏缺陷可能會造成嚴重的安全事故。

③塑鋼保持架耐油、耐水的特性，與鋼保持架比較更有優勢，能夠有效延長軸承的使用壽命，降低使用成本。

4.自潤滑性：

所謂自潤滑性指的是，具有自潤滑性能的高聚物材料，即用它作為摩擦偶件時不需外加潤滑劑，在相對摩擦時能表現出低摩擦和低磨損性能的材料。具有自潤滑性能的材料，一般稱自潤滑材料。

①塑鋼保持架就具有良好的自潤滑性和低摩擦系數。材料摩擦系數低，使軸承組件間保持極低的摩擦力，軸承發熱和磨損保持最低水平；塑料的自潤滑性使軸承在缺乏潤滑劑的條件下，塑鋼保持架也具有優異的運轉性能，使軸承能繼續工作一段時間也不會卡死，解決了鋼保持架裂損引發的短時間熱切軸問題。

②金屬保持架無論鋼、鋁、銅都沒有塑鋼保持架這么好的自潤滑性能，僅依靠軸承的潤滑脂提供潤滑保護，當高速運轉時，軸承因漏脂導致油脂不足或是沒油，軸承溫度便急劇升高，發生因卡死造成的燃切軸事故。

③綜上可見塑鋼保持架的自潤滑性能對于保證軸承高速環境下的安全運轉起到了十分重要的保護作用。

5.耐摩耗性：

①塑鋼保持架由于對滾動體的摩擦低于金屬保持架對鋼球的摩擦，因此不會產生促進潤滑脂老化的鋼鐵磨耗粉末，減少了對內外圈滾道以及滾珠的磨損，可提高潤滑脂壽命，有利于長期免維修。

②金屬保持架由于自身硬度高，當軸承高速運轉與滾子間相互摩擦后產生的細小粉末混合在潤滑脂中，與滾珠及內外圈滾道面之間不斷長時間滾壓摩擦，將導致環形條紋、剝離、碾皮等嚴重軸承缺陷產生，大大降低軸承的使用壽命，提高車輛的維修成本，增大車輛在線路運行時的危險系數。

6.提高疲勞強度：

①當塑鋼保持架的主材尼龍66中添加入玻璃纖維、增韌劑、增塑劑、熱穩定劑后，其材料力學性能、尺寸穩定性、耐熱性、耐老化性能、耐疲勞強度都有明顯提高。具有下列特性：

⑴有力的保護保持架抵抗苛刻條件下的脆化和機械性能過早下降。

⑵在150℃下提供長期穩定性；

⑶在酸、堿性條件下極大地改善抗水解性能；

⑷非常有效的抵抗熱的油、脂肪的腐蝕；

⑸在加工過程中有效的保護尼龍不降解；

⑹非常好的兼容性，耐萃取性優異。

②低碳鋼材料保持架會因腐蝕介質以及工作溫度的變化而產生疲勞源，從而降低其抗疲勞性能。如在腐蝕介質中工作，由于潤滑脂使用過久會產生變質又或是冷熱溫差變化油脂中有凝結水形成，在保持架表面出現點蝕及表面晶界腐蝕形成的疲勞源。在應力作用以及重載或軌道沖擊的作用下就逐步擴展導致斷裂。

③塑鋼保持架依靠其自身的耐腐蝕能力與耐溫變能力在抗疲勞性能方面更優于后者。

7.安全性：

①塑鋼保持架添加玻璃纖維增強后，機械強度和剛性提高2倍以上，耐磨性更好，熱變形溫度提高到240℃以上，長期使用溫度可達到120℃，吸濕性和模塑收縮率大為下降，使之加工精度獲得極大提升。使保持架具有了較高的強度、韌性，材料通過自身的微小變形，能夠吸收外界的震動和沖擊力量，減少了破損和裂損的發生概率。且自身具有的良好抗化學腐蝕性與自潤滑性能能確保其長時間在潤滑介質中工作，并且耐磨損維持滾動體長期穩定運轉。加之溫度適用性好，軸承運轉過程中，保持架在較高溫度環境中工作，還能保持高強度高韌性，避免了因熱脹冷縮導致的軸承卡滯現象發生，從而有效降低熱軸事故的發生，對于保障車輛安全平穩運行起到了十分重要的作用。

②鋼保持架耐腐蝕性能低，當其表面出現點蝕會有疲勞源產生，在應力作用以及重載或軌道沖擊的作用下就會逐步擴展導致斷裂。其次，又因自身硬度高會增加與滾子接觸面的摩擦系數，所產生的微小磨耗粉末混合在潤滑脂內，在滾道面之間經反復的滾壓，也會傷及滾子與內外圈滾道面，繼而出現環形條紋、剝離、碾皮等嚴重缺陷，造成車輛運行事故發生。

③由上可見，塑鋼保持架在安全性能方面比鋼保持架更勝一籌。

8.方便組裝易檢修：

①塑鋼保持架因具有高韌性換裝新品更加方便，且在不損傷保持架的情況下僅在特定位子取出滾珠便可對內圈內滾道進行外觀檢查，更加直觀的發現軸承零部件缺陷，對于軸承缺陷的及時發現有著重要意義。

②相對于塑鋼保持架易換裝易檢修的優點，鋼保持架劣勢十分明顯。后者在軸承一般檢修過程中根本無法換裝，一旦有問題只能交由制造廠家使用大型專用設備更換，并且無法將滾珠無損取出，內圈滾道面缺陷不能直觀發現，這會給產品檢修質量埋下重大安全隱患。

結 論：

綜合上述8點展開的分析比較，可以看到塑鋼材質都有著顯著優勢，貨車軸承鋼保持架被塑鋼保持架完全取代是無可避免的。隨著新材料、新工藝的不斷發展創新，或許在不太久遠的將來，更多的軸承附件甚至軸承本身都可能不再使用金屬材料而是被重量更輕、強度更高、耐沖擊力、耐腐蝕能力更強的新復合材料所取代。那時鐵路車輛運行速度會更快、更平穩，生產制造效率大副提高維修成本降低，產生更多社會經濟效益。

參考文獻

[1]鐵路貨車輪軸技術概論

[2]金屬材料的斷裂與疲勞 北京：中國鐵道出版社

[3]軸承工程塑料保持架的制造與應用 工程塑料應用編輯委員會

（作者單位：中車長江公司）