角接触球轴承_久研轴承科技（安徽）有限公司

197726型轴承保持架裂损原因分析及对策研究

2013-07-11

张春喜　史晓光
（西北轴承股份有限公司）

　　摘　要：通过铁路货车轴承保持架裂损原因的分析，得出冲压成型工艺过程引出保持架内产生的残余应力及材质综合性能的劣化，是导致保持架裂损的主要原因。经改进后效果良好。
　　关键词：裂损；保持架；残余应力
　　197726型轴承专用于铁路货车，到2000年底，装车量以达到50余万辆400多万套。我公司年产新制和大修197726型轴承各15万套，是铁道部定点骨干生产企业之一。
　　铁路行车安全一直是铁路部门要抓的头等大事，铁路轴承的生产是其中的重要一环，轴承故障在燃切轴事故原因中占很大的比例，而其中轴承保持架裂损又是Z重要的故障，2001年占故障总数的42.8%，是引起突发性切轴事故的三大原因之一，其危害性已引起广泛关注。寻求保持架裂损原因，提出改进措施，对提高轴承质量，保证行车安全具有重要意义。
　　1　裂损原因分析
　　通过大量的分析研究工作，可以认为以下几个方面是保持架裂损的重要原因：
　　1.1 冷冲压成型工艺过程引起保持架材质综合机械性能的劣化
　　通过实测、对比和研究，可认为冲压成型后的保持架与原08A1特板相比，弹性极限提高，塑性下降，冲击韧性降低，抗疲劳性能变差即保持架材料的综合机械性能不如原材料。
　　08A1特冷板材经冷冲压成型过程制成保持架，使保持架材质劣化的原因为：
　　①引起材料加工硬化。
　　②成型拉伸过程中，保持架各部位产生不均匀变形。
　　③冷轧板材的纵向、横向性能的差异，引起保持架不同部位性能的差异。
　　④冷冲窗孔时，在窗孔边尤其在衡拐角部位易产生细微裂纹、毛刺或缺陷。
　　考虑到冲压拉伸和冲孔过程的影响，板材纵向、横向材质性能的差异，以及工艺流程中的二次扩延等原因，保持架小端部位，尤其是小端靠近窗孔拐角部位，材质的劣化是Z为严重的。
　　1.2 冷冲压成型过程引起保持架内产生明显的残余应力
　　由于冲压拉伸过程中，保持架各部位变形是不均匀的，各部位变形之间的相互约束和牵制将使保持架产生残余应力。实测研究和有限计算表明，在保持架表面有不少部位出现残余拉应力，Z大的残余拉应力发生于大端和小端的窗孔拐角部位。有限元计算的Z大残余拉应力可达110MPa。
　　保持架大端窗孔拐角部位由于大端圈梁截面的抗弯截面模较小，而有更多的部位具有Z大残余拉应力。
　　1.3 列车运行过程中，轴承保持架受有动力和冲击作用
　　轴承滚子和保持架的动力学分析表明，保持架受动力作用，其大小与轴承受载、油润条件以及滚子与保持架之间的间隙大小有关。轴承保持架在径向载荷下，动应力实测结果证明了动应力的周期性变化和动应力存在，除拐角部位有应力集中外，总体上讲动应力数值并不高（一般在110MPa之内）。随着轴承径向载荷的增加和运行速度的提高动应力幅值有所增大。较为明显的部位和变化是保持架大端窗孔拐角处的主压应力值增大较多，达350MPa。在小端的窗孔拐角部位，有正的主拉应力。
　　实际列车运行中的轴承，除了承受径向载荷还承受轴向载荷，以及轮、轨道的撞击等动力作用，因此，实际保持架的工作环境更恶劣，受力状态也更复杂。
　　综上所述，一方面保持架内有残余应力和动应力，两种应力的叠加可在有应力集中的保持架大、小端窗孔拐角处产生较高应力水平；另一方面，保持架材料的抗冲击性动力性能和抗疲劳性能又比原材料差，尤其在小端窗孔拐角部位劣化更甚。综合考虑上面两种裂纹的扩展导致窗梁和圈梁的裂损，轻者增加不平稳动力作用，重者卡、咬滚子，严重时引起燃油、热切轴等恶性事故。这样的分析结论与现场对保持架检测所发现的问题和裂损情况是十分相近的。
　　2　对策研究
　　保持架裂损原因的分析表明，使保持架破坏的主要原因，是材质的劣化和拐角部位有较高的应力水平。但由于保持架的动应力值与残余应力相比要小的多，故可以认为改进工艺过程以消除保持架中残余应力和改善其材料性能应该是主要努力的方向。
　　2.1 热处理工艺的选择
　　经反复实验，能同时消除残余应力和改善材料性能的较简单易行的办法是对冷压成型保持架进行600°保温一小时回火料与原材料在强度和塑性指标方面是比较接近的。其综合机械性能测试表明，流动极限和强度极限略有升高，而塑性稍差，其疲劳性能也有很大改善，明显优于原材料。为了便于综合比较，将测试的强度塑性冲击韧性和疲劳性能各项指标的比较见表1。

　　♦疲劳循环应力幅Δδ=165.5MPa；R=0.1。
　　♦热处理材料指08AL特板材，预拉力为15.5%，经600°保温1h回火处理。
　　2.2 机械加工中对保持架的特殊处理
　　在保持架制造工艺流程中，应对保持架予以打磨，振动光蚀以消除冲压孔边的微裂纹、毛刺等缺陷。在实际生产过程当中基本上达到了消除残余应力的目的。

来源：《宁夏机械》2005年02期

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