HXD2型电力机车抱轴箱轴承选型及安装设计

HXD2型电力机车抱轴箱轴承选型及安装 HXD2型电力机车抱轴箱轴承选型及安装 设计 HXD2型电力机车抱轴箱 轴承选型及安装设计 李嘉伟:大同电力机车有限责任公司,师,山西大同,057058 摘要:H×.2型交流传动重载贷运电力机车 转向架抱轴箱轴承选型,轴向定位,轴向游 隙,配合选取以及轴承润滑,并给出选择的圆 锥滚子轴承的计算寿命. 关键词:H×.2型电力机车;抱轴箱;圆锥滚子轴 承;选型;轴向游隙;计算寿命 HX2型电力机车是大同电力机车有限责任公司与法 国阿尔斯通公司联合开发,设计的120km/h交流传动重 载货运电力机车.机车轴式为2(B.一B.),轴重25t, 轴功率1250kW.机车驱动单元中,牵引电机采用抱轴 式悬挂,电机一端通过高强度螺栓刚性连接抱轴箱体, 抱轴箱体通过两套轴承支撑在车轴上:电机另一端通过 一 根带橡胶套的吊杆弹性悬挂在构架横梁上.驱动单元 侧视图见图1. 抱轴箱轴承选型设计主要考虑轴承的承载能力,内 外圈配合,轴向游隙及定位,轴承润滑和轴承寿命等. 1轴承选型及承载能力 抱轴箱轴承作为机车的重要传动和承载部件,性能 好坏很大程度上决定整台机车的安全可靠性.轴承在工 作状态下除承受大的径向载荷外,还承受来自轮轴较大 的横向冲击力.圆锥滚子轴承刚性足,能承载大的径向 .. 34.. 图1驱动单元侧视图 和轴向负荷,并且具有较理想的径向和轴向游隙配比, 能保证主,从动齿轮中心距几乎不变,从而齿轮啮合精 确度高.选用两套单列圆锥滚子轴承背对背安装在抱 轴箱内(见图2).这样,在驱动单元1gT况(静载工 况)下,单套圆锥滚子轴承径向和轴向约承担33.3kN的 载荷. 左侧圆锥滚子轴承(SKF公司,型号 M3495747/510/VG237)的基本额定动负荷为660kN, 内外径分别为255.6rnm和342.9mm;右侧轴承 (SKF公司,型号M249747/710/VG237)的基本额 定动负荷为842kN,内外径分别为257.175mm和 358.775mm,能有效保证可靠的使用性能. Hx.2型电力机车抱轴箱轴承选型及安装设计李嘉伟 图2抱轴箱组装图 2内外圈配合选取 抱轴箱轴承外圈与抱轴箱采用间隙配合,与传统设 计相符,间隙量为0,0.1mm. 轴承内圈与车轴通常采用过盈配合,过盈量的大小 影响齿轮传动的精度和轴承的使用寿命.过盈量太大会 使轴承装配困难,甚至破坏配合表面,使轴承内圈的预 应力增大;过盈量太小会造成配合面滑转或"爬行", 导致配合面的微动磨损,降低齿轮传动精度.因此,轴 承内圈与车轴之间应选择适当的过盈配合保证行车的可 靠性. 选择轴承过盈量主要考虑以下因素:(1)轴承负 荷的大小,方向和性质;(2)轴承工作状态下,由于 摩擦发热,使车轴与轴承内圈温度升高,发生径向热膨 胀,但轴承内圈的温升永远大于车轴的温升,造成配 合过盈量减小;(3)车轴旋转时,由于离心力作用, 引起轴承内圈内孔扩张,车轴外径膨胀,引起过盈量变 化.在实际过盈量设计中,由于H×2型电力机车速度较 低,轴承最高转速仅为531rad/min(对应机车最高运行 速度120km/h),一般不专门计算离心力对过盈量的影 响. 到左端轴承最低有效过盈量为0.05rnm,右端轴承为 0.048mm. 考虑配合面的粗糙度,离心力等的影响,配合适当 的安全系数,最终确定轴承内圈与车轴配合过盈量均取 0.1,0.155mm. 3轴向游隙 抱轴箱采用两套圆锥滚子轴承,轴向游隙分为安装 游隙和工作游隙两种.安装游隙是指轴承安装后且非工 作状态下的游隙,游隙大小经设计人员计算分析得出, 保证现场装配:工作游隙是指轴承在工作状态下的游隙 量,受内外圈温差,载荷和旋转离心力等因素影响,轴 承工作状态下的游隙不确定,主要依靠试验和经验来分 析. 圆锥滚子轴承轴向游隙大小对寿命,温升,噪声, 摩擦,刚度等都有较大影响,游隙过大还可能造成抱轴 箱与车轴接磨,因此需要根据使用条件选用适当大的轴 承游隙.图3给出了SKF公司研究的抱轴箱轴承轴向游隙 对轴承寿命影响的分析图. 图3抱轴箱轴承轴向游隙对寿命的影响 轴承工作时,内圈温度高于外圈,内圈热膨胀程度 大,造成游隙减小.另外,考虑齿轮啮合的精度,轴承 载荷以及轴承的使用寿命,最终确定轴承的轴向安装游 隙控制在0.15,0.25mm,上通过变化调整垫(见 图2)厚度的获得设计要求的轴向游隙.这样可以 保证轴承的横向工作游隙较小,并提高轴承的使用寿 命. 翌兰二三量圈的温差时'配合需要4轴向定位的最小有效过盈量按下式计算: …一一 =0.08×10—3+0. 0015.×1O-. 式中,d为轴承内径,mmiF厂为轴承径向负荷, N;为轴承内圈宽,mmir为内外圈温差,通常 取4t=20?. 仅考虑轴承负荷,车轴与内圈的温差时,计算得 CHINESERA|LWAYs2009/00[:己t薹苎 机车运行状态下,来自轮轴的横向力通过车轴作用 到一端的圆锥滚子轴承上,使轴承产生弹性变形,从而 导致另一端圆锥滚子轴承径向游隙加大,轴承受载端载 荷自动重新分布,使轴承工作寿命缩短.又由于轮轴横 向力的方向和载荷大小不断变化,圆锥滚子轴承受力不 一 35. 一 .通过控制轴向定位和轴向游隙使轴承自动形成载荷 变化较小且重新分布,以提高轴承寿命. 左侧圆锥滚子轴承通过左侧密封环与车轮轴向定 位;右侧圆锥滚子轴承紧靠从动齿轮(见图2).这种 定位方式避免了轴承在机车运行中轴向定位不足而轴向 游隙增大的可能性. 5轴承润滑 轴承润滑主要目的是减少摩擦和磨损,还有吸收振 动,降低温度等作用.滚动轴承的润滑方式可根据速 度因数?,7值选择,为轴承内径(mm),,7为轴承转 速(rad/min).d?,7值间接反映轴颈线速度.当?,7 <(1.5,2)×10mm?r/min时,可以选用脂润滑. 对于H×n2型电力机车抱轴箱轴承,厂7?531rad/min (对应机车最高运行速度120km/h)计算?r/?1.37 ×10mm?rad/min. 因此,左侧圆锥滚子轴承(即非齿侧轴承)的润滑 采用Shell2760B润滑脂润滑,便于密封及维护,新造时 填充370g润滑脂,运用过程中,每15万km补充一次, 每次注入200g. 右侧圆锥滚子轴承(即齿轮侧轴承)靠近齿轮箱, 容易实现飞溅润滑,故采用SHX—LS75W一90齿轮油进 行飞溅式润滑,齿轮箱内部设有接油槽和回油孔(见图 2),将润滑油送入齿侧的抱轴箱轴承室,最后通过回 油孔回到齿轮箱副油箱,主油箱和副油箱相互连通,润 H×.2型电力机车抱轴箱轴承选型及安装设计李嘉伟 滑油循环利用.该油脂低温流动性好,运动粘度佳, 40~C的动黏度为107mm/s,100%为15.2mm/s,黏 度指数为149,能有效保证轴承的润滑和冷却. 6结束语 根据选型设计的圆锥滚子轴承,两套轴承配合使用 时计算寿命达300万km以上,实现了轴承寿命300~-km 的设计目标. 装有该抱轴箱轴承的H×D2型电力机车,从2007年4 月投入试验和运营至今,抱轴箱运用状态良好,没有出 现任何故障. 参考文献 [1】Koyo公司.Koyo滚动轴承综合样本[M】.光洋精工株 式会社,2001 [2】李景贤,权中太.高速动力车驱动装置轴承选型 与计算[J].内燃机车,1995() [5]Aur6lienGHILBERT.TaperedP~ollerBearingsforLOC0- CHINACanonBox[P~】.SKI=公司,2008 [4】lsO281.滚动轴承一动力荷值和额定寿命[s】 【5]IS0492.滚动轴承一径向轴承一公差【s] 责任编辑高红义 收稿日期2009-05—14 中国铁路 Chinel-Railway.薄?? .?疆I 36一 广告素引AdvertiserIndex 司 深蛳I市海洋王投资发展有限公司 四JIl成都成工工程机械股份有限公司 现代(江苏)工程机械有限公司 美卓矿机(天津)国际贸易有限公司 永济新时逮电机电器有限责任公司 上海商量影像科技有限公司 威圈电子机械技术(上海)有限公司 株洲南车时代电气股份有限公司 深圳英飞拓科技股份有限公司 正泰电气股份有限公司 温州市正辉灯具有限公司 封面 封二 封三 封底 前插1 前插2 前插3 前插4 前}雷5 前{番6 前插7 前插8 上海萨兰机电设备有限公司 浙江通明电器有限公司 深圳中兴力维技术有限公司 厦门科华恒盛股份有限公司 成司 司 北京天拓科技有限公司 洛阳隆盛科技发展公司 北京埃盟泰机械设备有限公司 洛阳大华重型机械有限公司 浙江欣兴工具有限公司 成都神钢工程机械(集团)有限公司 前插9 前插10 前插11 目次一 目次二 目次三 后插1 后插2 后插3 后插4 后插5 后插6