軌道交通一級傳動齒輪箱軸承承載及壽命分析

陳宇向 楊克舵 潘喻

摘 要 在不同運行工況下，對齒輪箱軸承進行受力分析，考慮線路振動沖擊對軸承承載的影響，計算出齒輪箱每個軸承承載情況，按ISO 281標準計算軸承額定壽命，將軸承布置和受力情況進行參數化設置，提高軸承壽命分析及選型效率，為選出最優軸承配置方案提供指導意義。

關鍵詞 軸承;齒輪箱;軸承布置;當量動載荷

引言

齒輪箱作為車輛轉向架關鍵部件，用于傳遞載荷，對車輛運行安全和可靠性有至關重要的影響。齒輪箱一般為抱軸式，輸出端通過軸承安裝在車軸上，輸入端通過吊桿彈性懸掛在構架上，齒輪箱需要持續、穩定地提供規定的功能，齒輪箱運行時齒輪和軸承高速旋轉，并將牽引電機扭矩傳遞到輪對。齒輪箱可靠性大部分來源于軸承狀態[1]，對軸承壽命出提出了較高要求。影響軸承壽命的因素較多，主要有電機載荷、線路沖擊、潤滑狀態、潤滑油污染情況、軸承承載能力等，為保證齒輪箱可靠性，在設計階段需要精確分析出軸承在各種工況下受力大小，選擇正確的軸承型號，保證軸承壽命需達到預期要求。

1輸入參數

以某型號齒輪箱為例，主要技術參數如下：

2軸承布置及參數設置

輸出軸承為兩個圓錐滾子軸承對置安裝，軸承承受軸向力和徑向力，輸入軸承布置采用圓柱滾子軸承+四點接觸球軸承的形式，圓柱滾子軸承承受徑向力，四點接觸球軸承承受軸向力，軸承布置方案及定義如圖1所示，齒輪轂中心為坐標原點，小齒輪螺旋方向為右旋。

根據以上計算公式，可計算出軸承基本額定壽命如下，計算結果表明所選軸承滿足壽命要求，計算壽命大于240萬公里。（見表3）

6結束語

（1）本文根據軌道交通一級齒輪箱結構特點，對軸承布置和受力情況進行了參數化設置，每個軸承進行了精確的載荷分析，按ISO 281標準計算出軸承基本額定壽命，不需對齒輪箱進行建模，可快速計算出軸承壽命，提高軸承選型和分析效率。

（2）每個工況包含正、反轉及不同沖擊方向組合的16種受力情況，計算出有效值作為該工況下的當量動載荷，計算結果更加準確。

（3）由于篇幅有限，本文只計算了軸承基本額定壽命，還可根據ISO/TS 16281標準，考慮軸承潤滑狀態、潤滑油污染情況、軸承的徑向間隙和軸承偏移影響等，計算出軸承修正壽命，但軸承實際使用壽命和計算壽命往往存在一定差異，為保證軸承可靠性，還需參考過去成功的應用經驗，最終確定軸承型號。

參考文獻

[1] 趙志春.機動車組齒輪箱軸承故障分析[J].軌道交通裝備與技術，2009：30-32.

[2] IX-ISO.ISO 281-2007滾動軸承動載荷定額和額定壽命[S].2007.