歡迎來到浙江宇興傳動機械有限公司企業官網！
0572-6238529
13967273466@163.com
短信碼登錄
密碼登錄
獲取短信驗證碼
197726型軸承保持架裂損原因分析及對策研究
2013-07-11
張春喜 史曉光
（西北軸承股份有限公司）
（西北軸承股份有限公司）
摘 要：通過鐵路貨車軸承保持架裂損原因的分析，得出沖壓成型工藝過程引出保持架內產生的殘余應力及材質綜合性能的劣化，是導致保持架裂損的主要原因。經改進后效果良好。
關鍵詞：裂損；保持架；殘余應力
197726型軸承專用于鐵路貨車，到2000年底，裝車量以達到50余萬輛400多萬套。我公司年產新制和大修197726型軸承各15萬套，是鐵道部定點骨干生產企業之一。
鐵路行車安全一直是鐵路部門要抓的頭等大事，鐵路軸承的生產是其中的重要一環，軸承故障在燃切軸事故原因中占很大的比例，而其中軸承保持架裂損又是Z重要的故障，2001年占故障總數的42.8%，是引起突發性切軸事故的三大原因之一，其危害性已引起廣泛關注。尋求保持架裂損原因，提出改進措施，對提高軸承質量，保證行車安全具有重要意義。
1 裂損原因分析
通過大量的分析研究工作，可以認為以下幾個方面是保持架裂損的重要原因：
1.1 冷沖壓成型工藝過程引起保持架材質綜合機械性能的劣化
通過實測、對比和研究，可認為沖壓成型后的保持架與原08A1特板相比，彈性極限提高，塑性下降，沖擊韌性降低，抗疲勞性能變差即保持架材料的綜合機械性能不如原材料。
08A1特冷板材經冷沖壓成型過程制成保持架，使保持架材質劣化的原因為：
①引起材料加工硬化。
②成型拉伸過程中，保持架各部位產生不均勻變形。
③冷軋板材的縱向、橫向性能的差異，引起保持架不同部位性能的差異。
④冷沖窗孔時，在窗孔邊尤其在衡拐角部位易產生細微裂紋、毛刺或缺陷。
考慮到沖壓拉伸和沖孔過程的影響，板材縱向、橫向材質性能的差異，以及工藝流程中的二次擴延等原因，保持架小端部位，尤其是小端靠近窗孔拐角部位，材質的劣化是Z為嚴重的。
1.2 冷沖壓成型過程引起保持架內產生明顯的殘余應力
由于沖壓拉伸過程中，保持架各部位變形是不均勻的，各部位變形之間的相互約束和牽制將使保持架產生殘余應力。實測研究和有限計算表明，在保持架表面有不少部位出現殘余拉應力，Z大的殘余拉應力發生于大端和小端的窗孔拐角部位。有限元計算的Z大殘余拉應力可達110MPa。
保持架大端窗孔拐角部位由于大端圈梁截面的抗彎截面模較小，而有更多的部位具有Z大殘余拉應力。
1.3 列車運行過程中，軸承保持架受有動力和沖擊作用
軸承滾子和保持架的動力學分析表明，保持架受動力作用，其大小與軸承受載、油潤條件以及滾子與保持架之間的間隙大小有關。軸承保持架在徑向載荷下，動應力實測結果證明了動應力的周期性變化和動應力存在，除拐角部位有應力集中外，總體上講動應力數值并不高（一般在110MPa之內）。隨著軸承徑向載荷的增加和運行速度的提高動應力幅值有所增大。較為明顯的部位和變化是保持架大端窗孔拐角處的主壓應力值增大較多，達350MPa。在小端的窗孔拐角部位，有正的主拉應力。
實際列車運行中的軸承，除了承受徑向載荷還承受軸向載荷，以及輪、軌道的撞擊等動力作用，因此，實際保持架的工作環境更惡劣，受力狀態也更復雜。
綜上所述，一方面保持架內有殘余應力和動應力，兩種應力的疊加可在有應力集中的保持架大、小端窗孔拐角處產生較高應力水平；另一方面，保持架材料的抗沖擊性動力性能和抗疲勞性能又比原材料差，尤其在小端窗孔拐角部位劣化更甚。綜合考慮上面兩種裂紋的擴展導致窗梁和圈梁的裂損，輕者增加不平穩動力作用，重者卡、咬滾子，嚴重時引起燃油、熱切軸等惡性事故。這樣的分析結論與現場對保持架檢測所發現的問題和裂損情況是十分相近的。
2 對策研究
保持架裂損原因的分析表明，使保持架破壞的主要原因，是材質的劣化和拐角部位有較高的應力水平。但由于保持架的動應力值與殘余應力相比要小的多，故可以認為改進工藝過程以消除保持架中殘余應力和改善其材料性能應該是主要努力的方向。
2.1 熱處理工藝的選擇
經反復實驗，能同時消除殘余應力和改善材料性能的較簡單易行的辦法是對冷壓成型保持架進行600°保溫一小時回火料與原材料在強度和塑性指標方面是比較接近的。其綜合機械性能測試表明，流動極限和強度極限略有升高，而塑性稍差，其疲勞性能也有很大改善，明顯優于原材料。為了便于綜合比較，將測試的強度塑性沖擊韌性和疲勞性能各項指標的比較見表1。
關鍵詞：裂損；保持架；殘余應力
197726型軸承專用于鐵路貨車，到2000年底，裝車量以達到50余萬輛400多萬套。我公司年產新制和大修197726型軸承各15萬套，是鐵道部定點骨干生產企業之一。
鐵路行車安全一直是鐵路部門要抓的頭等大事，鐵路軸承的生產是其中的重要一環，軸承故障在燃切軸事故原因中占很大的比例，而其中軸承保持架裂損又是Z重要的故障，2001年占故障總數的42.8%，是引起突發性切軸事故的三大原因之一，其危害性已引起廣泛關注。尋求保持架裂損原因，提出改進措施，對提高軸承質量，保證行車安全具有重要意義。
1 裂損原因分析
通過大量的分析研究工作，可以認為以下幾個方面是保持架裂損的重要原因：
1.1 冷沖壓成型工藝過程引起保持架材質綜合機械性能的劣化
通過實測、對比和研究，可認為沖壓成型后的保持架與原08A1特板相比，彈性極限提高，塑性下降，沖擊韌性降低，抗疲勞性能變差即保持架材料的綜合機械性能不如原材料。
08A1特冷板材經冷沖壓成型過程制成保持架，使保持架材質劣化的原因為：
①引起材料加工硬化。
②成型拉伸過程中，保持架各部位產生不均勻變形。
③冷軋板材的縱向、橫向性能的差異，引起保持架不同部位性能的差異。
④冷沖窗孔時，在窗孔邊尤其在衡拐角部位易產生細微裂紋、毛刺或缺陷。
考慮到沖壓拉伸和沖孔過程的影響，板材縱向、橫向材質性能的差異，以及工藝流程中的二次擴延等原因，保持架小端部位，尤其是小端靠近窗孔拐角部位，材質的劣化是Z為嚴重的。
1.2 冷沖壓成型過程引起保持架內產生明顯的殘余應力
由于沖壓拉伸過程中，保持架各部位變形是不均勻的，各部位變形之間的相互約束和牽制將使保持架產生殘余應力。實測研究和有限計算表明，在保持架表面有不少部位出現殘余拉應力，Z大的殘余拉應力發生于大端和小端的窗孔拐角部位。有限元計算的Z大殘余拉應力可達110MPa。
保持架大端窗孔拐角部位由于大端圈梁截面的抗彎截面模較小，而有更多的部位具有Z大殘余拉應力。
1.3 列車運行過程中，軸承保持架受有動力和沖擊作用
軸承滾子和保持架的動力學分析表明，保持架受動力作用，其大小與軸承受載、油潤條件以及滾子與保持架之間的間隙大小有關。軸承保持架在徑向載荷下，動應力實測結果證明了動應力的周期性變化和動應力存在，除拐角部位有應力集中外，總體上講動應力數值并不高（一般在110MPa之內）。隨著軸承徑向載荷的增加和運行速度的提高動應力幅值有所增大。較為明顯的部位和變化是保持架大端窗孔拐角處的主壓應力值增大較多，達350MPa。在小端的窗孔拐角部位，有正的主拉應力。
實際列車運行中的軸承，除了承受徑向載荷還承受軸向載荷，以及輪、軌道的撞擊等動力作用，因此，實際保持架的工作環境更惡劣，受力狀態也更復雜。
綜上所述，一方面保持架內有殘余應力和動應力，兩種應力的疊加可在有應力集中的保持架大、小端窗孔拐角處產生較高應力水平；另一方面，保持架材料的抗沖擊性動力性能和抗疲勞性能又比原材料差，尤其在小端窗孔拐角部位劣化更甚。綜合考慮上面兩種裂紋的擴展導致窗梁和圈梁的裂損，輕者增加不平穩動力作用，重者卡、咬滾子，嚴重時引起燃油、熱切軸等惡性事故。這樣的分析結論與現場對保持架檢測所發現的問題和裂損情況是十分相近的。
2 對策研究
保持架裂損原因的分析表明，使保持架破壞的主要原因，是材質的劣化和拐角部位有較高的應力水平。但由于保持架的動應力值與殘余應力相比要小的多，故可以認為改進工藝過程以消除保持架中殘余應力和改善其材料性能應該是主要努力的方向。
2.1 熱處理工藝的選擇
經反復實驗，能同時消除殘余應力和改善材料性能的較簡單易行的辦法是對冷壓成型保持架進行600°保溫一小時回火料與原材料在強度和塑性指標方面是比較接近的。其綜合機械性能測試表明，流動極限和強度極限略有升高，而塑性稍差，其疲勞性能也有很大改善，明顯優于原材料。為了便于綜合比較，將測試的強度塑性沖擊韌性和疲勞性能各項指標的比較見表1。
♦疲勞循環應力幅Δδ=165.5MPa；R=0.1。
♦熱處理材料指08AL特板材，預拉力為15.5%，經600°保溫1h回火處理。
2.2 機械加工中對保持架的特殊處理
在保持架制造工藝流程中，應對保持架予以打磨，振動光蝕以消除沖壓孔邊的微裂紋、毛刺等缺陷。在實際生產過程當中基本上達到了消除殘余應力的目的。
♦熱處理材料指08AL特板材，預拉力為15.5%，經600°保溫1h回火處理。
2.2 機械加工中對保持架的特殊處理
在保持架制造工藝流程中，應對保持架予以打磨，振動光蝕以消除沖壓孔邊的微裂紋、毛刺等缺陷。在實際生產過程當中基本上達到了消除殘余應力的目的。
來源：《寧夏機械》2005年02期
?浙江宇興傳動機械有限公司 版權所有 浙ICP備2021002843號