摘　要：从轴承的润滑状况、制造质量和配合尺寸等方面对某新型地铁车辆转向架轴箱温升异常进行分析，确定轴承安装孔尺寸与形位公差不理想是导致温升异常的主要原因，并进行温升试验验证。
　　关键词：轴箱；温升；原因分析；温升试验
　　1　影响轴箱温升的因素
　　轴箱组装（简称轴箱）是机车车辆转向架上的关键部件之一，在其运用过程中温升正常是其工作状态良好的重要标志。一旦温升异常，将加速轴承的损坏，并可能造成热轴，对行车安全造成严重威胁。
　　如果装配和润滑得当，轴箱温升曲线一般如图1中的曲线Ⅰ所示。在开始运转阶段，轴箱轴承转速提高，单位时间内的发热量持续增加，轴箱温度上升很快。但是轴箱温度的快速上升使得轴箱与外界环境之间温度差增大，散热速度加快，温升速度趋缓。随着轴承转速升至某一速度并保持该速度持续运转，轴箱的发热（主要是轴承的发热）与散热渐渐达到一种动态平衡，温升维持在某一水平。 　　可见，轴箱温升的高低程度取决于发热与散热两个方面。如果某些因素导致轴箱轴承发热量增加或轴箱散热水平下降，而其它条件保持不变，则轴箱温升水平将升高，其温升曲线如图1中的曲线Ⅱ所示。一旦曲线Ⅱ的发热、散热平衡点过高，就会出现温升异常现象。
　　2　某新型轴箱温升异常的原因分析
　　我公司在2006年研制某新型地铁车辆转向架时，参照EN12082《铁路用轴箱性能试验》对新设计的轴箱进行了温升试验。模拟实际工况运转2h，4个轴箱的Z终温升有所差异，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位轴箱的温升较为均匀且均小于30K，Ⅳ位轴箱温升异常（接近40K）。各轴箱的Z终温升值和温升曲线分别如表1和图2所示。 　　本次轴箱温升试验中的4个轴箱体材质相同、表面涂层工艺相同，通风冷却方式一致。因此，Ⅳ位轴箱温升异常应该不是其散热条件特别恶劣（4个轴箱散热条件基本相同）所致，而极可能是其轴承异常发热引起的。
　　但影响轴承发热的因素有很多，如轴承质量、润滑状况、配合、运转速度以及承载大小等。为了确定导致Ⅳ位轴箱温升异常的原因，我们对这4个轴箱进行解体并对比检查轴承的润滑状况、制造情况及配合情况等关键因素。
　　2.1轴承的润滑状况
　　润滑脂可以隔离轴承滚动体的金属表面，减小摩擦与磨损^[1]，并带走轴承中产生的摩擦热，因此有助于轴箱温升维持在较低水平。但是，如果润滑脂变质或混入了杂质，将会影响其润滑作用的发挥。加脂量的多少也很重要，一般以占轴承腔1/3～1/2的空间为宜。轴承内润滑脂过少，则润滑不充分，轴箱温升难以维持在较低水平;轴承内润滑脂过多，则多余的润滑脂将堆积在轴承的滚道和保持架上，轴承旋转时阻力增大，摩擦生热增多，轴箱温升也会偏高。对比检查发现，上述各轴承中的润滑脂填充量适中，颜色正常，浓度均匀，没有硬块和颗粒，无异常情况。显然，各轴承润滑状况均正常，Ⅳ位轴箱温升异常不是其轴承润滑不当所致。
　　2.2轴承的制造情况
　　如果轴承外圈、内圈、挡圈各表面光洁度不合格，有划痕、划伤^[2]等，就可能增大轴承的表面摩擦力矩，导致轴承摩擦生热增多。但通过对清洗干净的轴承进行目测检查，各轴承的外圈、内圈、挡圈的表面未发现有划痕、划伤，滚动体也没有出现异常磨损。对轴承的外径、内径、高度等关键尺寸进行了检测，结果均符合轴承图纸要求。因此，Ⅳ位轴箱温升异常也不是其轴承尺寸不合格或表面状况不正常所致。
　　2.3轴承的配合情况
　　每一种轴承在一定的条件作用下，都有Z佳的径向工作游隙^[1]。该径向游隙保证轴承的负荷合理地分布于滚动体之间，润滑脂油膜厚度合理且不容易破坏，轴承运转摩擦阻力小，温升正常。
　　轴承的径向工作游隙视径向配合游隙而定，而径向配合游隙取决于原始径向游隙和轴承的配合^[3]。因此，在原始径向游隙一定的前提下，轴承的配合如果过松或过紧，轴承的径向工作游隙将过大或过小，偏离其Z佳径向工作游隙，运转时可能出现温升异常的现象。
　　为了解各轴承的配合情况，对车轴轴颈部位的直径尺寸和轴箱轴承安装孔直径尺寸进行了测量。表2为实测的轴颈直径尺寸偏差以及换算的轴承内圈配合情况；表3为实测的轴承安装孔直径尺寸偏差以及换算的轴承外圈配合情况。 　　从表2中可以看出:轴颈直径尺寸偏差在尺寸公差带范围内（轴颈直径公差为+0.043～+0.068，轴承内径公差为-0.025～0），各轴承内圈的配合情况符合配合要求（轴承内圈配合要求为U0.043～U0.09）。
　　从表3中可以看出：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位轴箱体的轴承安装孔圆柱度相对较好，直径尺寸虽有一定起伏，但均在尺寸公差带范围内（轴承安装孔直径公差为-0.016～+0.030，轴承外径公差为-0.030～0），轴承外圈的配合情况满足轴承配合要求（轴承外圈配合要求为U0.016～s0.060）；Ⅳ位轴箱体的轴承安装孔的部分实测直径尺寸落在尺寸公差带范围之外，圆柱度较大（约为0.075），轴承外圈的配合情况与配合要求之间有一定的差距。
　　3　试验验证
　　为了对上述分析结果进行验证，选取了4件尺寸合格的同型号轴箱体按首次试验的方案进行了重新试验。重新试验用轴箱体的轴承安装孔直径尺寸偏差以及轴承外圈的配合情况如表4所示。重新试验的各轴箱Z终温升值和温升曲线分别如表5和图3所示。 　　从表4中可以看出，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ位轴箱体的轴承安装孔直径尺寸全部合格，轴承外圈的配合情况均符合轴承配合要求。但比较而言，Ⅲ位轴箱体的圆柱度Z为理想（约为0.02），尺寸也Z为均匀；Ⅰ、Ⅳ位轴箱体的圆柱度也比较理想，但比Ⅲ位轴箱体稍差一些；Ⅱ位轴箱体的轴承安装孔直径尺寸起伏较大，圆柱度相对较差（约为0.045）。从表5和图3可以看出，Ⅲ位轴箱温升Z低，Ⅱ位轴箱温升Z高，Ⅳ位轴箱与Ⅰ位轴箱温升处于中间。
　　可见，在这两次温升试验中，轴箱温升水平的高低与其轴箱体轴承安装孔的直径尺寸及其均匀性之间均有着较为明显的对应关系。
　　4　结论
　　轴箱轴承的配合是影响轴箱轴承发热和轴箱温升的主要因素之一，而合理的轴承配合必须靠与之配合的部位（主要是轴颈和轴承安装孔）的尺寸公差与形位公差来保证。在首次温升试验中，Ⅳ位轴箱温升异常主要是其轴箱体的轴承安装孔直径尺寸公差与形位公差不理想影响了轴承的配合所致。
　　参考文献：
　　[1]严隽耄.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，1999.
　　[2]任兴才.62310轴承故障的应对方法[J].铁道机车车辆，2005（3）.
　　[3]王宝民.车辆轴箱轴承游隙的选配对热轴的影响[J].铁路技术创新，2004（3）.