王长江　杨振中　郑宇华
（南车株洲电机有限公司，412001）

　　摘　要：文章对异步牵引电机轴承Z佳润滑脂量进行探究，通过在轴承中填充不同的润滑脂量，以试验数据分析轴承温升的变化趋势，确定在轴承内形成Z佳润滑时，轴承内润滑脂加入量的工艺值。
　　关键词：异步牵引电机；轴承温升；润滑脂；填充量
　　应用于我国铁路运输的某型异步牵引电机轴功率为300kW，额定转速4140r/min，Z高使用转速6120r/min，Z高试验转速7040r/min。牵引电机轴承在高速旋转下，润滑脂的填充量极为关键，如果润滑脂填充量不够，无法在轴承内形成良好的润滑脂膜，滚动体表面与轴承滚道面因接触造成表面油膜剥落导致轴承故障；反之，润滑脂填充量过多，润滑脂膜厚，滚动体与轴承滚道面之间摩擦阻力加大使得温升增加，润滑脂劣化导致润滑膜失效，也会造成轴承故障。因此，润滑技术已经成为轴承技术研究的重要部分，相对于滚动轴承的内圈、外圈、滚动体和保持架，润滑脂被称为“滚动轴承的第5个零件”。
　　1　润滑脂量计算
　　参考文献^[4]认为，轴承初始润滑分为走合阶段和正常运行阶段。轴承初始填充的润滑脂经过走合阶段后，在轴承滚动体、滚道和保持架的相互接触面上，籍尖劈作用形成一层润滑脂膜，从而进入轴承正常运行阶段。长期担任润滑作用，主要由这层润滑脂膜来承担，轴承润滑状态见图1。

　　目前，已有大量的对轴承Z小润滑脂膜厚计算的研究，特别是以Dowson-Higginson线接触弹流膜厚公式为典型式^[2]。在此基础上，轴承厂家推荐的初始润滑轴承润滑脂Z小填充量经验公式如下：

　　V=f10^-5（D²-d²）B

　　式中：V—填充量　cm³；D—轴承外径　mm；d—轴承内径　mm；B—轴承宽度　mm；f—3.6。

　　根据该公式计算，得出某型异步牵引电机的滚动轴承润滑脂加入量为14.5g。
　　2　温升试验
　　上述理论分析的流体润滑计算是按等黏度进行的，也就是说忽略了润滑膜温度场的影响。然而，对于高速旋转轴承，温度明显改变了润滑脂的黏度，进而影响压力分布和承载能力。同时，润滑表面由于温升而产生的热变形使间隙形状改变，从而影响润滑性能。因此，要确保批量产品的润滑性能，就必须通过温升试验对理论数据进行修正。
　　通过测量轴承温升，能判断出轴承内部的润滑脂情况。图2是三个轴承温升的示例，曲线1是一个比较正常的状态，即经过短时间走合，温度下降，并且平衡在一个较低的水平；曲线2处于中间，如果平衡温度不太高，可视为正常，如果接近界限温度，需要找出原因；出现曲线3的情况，无疑要停下来拆检，除轴承和装配上的原因外，还需考虑是否由于润滑脂而产生的温升异常。

　　2.1　试验方案
　　对新造的牵引电机进行温升试验数据的采集，以确定Z佳初始润滑脂加入值。为防止由于轴承加脂量不够、润滑不良而引起轴承损坏，试验没有对低于理论计算要求的加脂量的情况进行分析。
　　工艺上采用动态加脂法将润滑脂加入轴承内（精度：±0.1g），确保指定量的润滑脂均匀地沿圆周挤进轴承的空腔内，加脂完成后将轴承正反转几次，使轴承得到良好的初始润滑。考虑到润滑脂填充的过程中工艺损耗量为1~2g，制定了如表1的试验方案。

　　2.2　试验结果及分析
　　图3~图5为根据上述三个实验方案得出的温升曲线图。

　　由图3~图5可知，Z高温升值与环境温度有关，环境温度直接影响了电机整体散热，但建立起良好润滑油膜后温升趋于下降。但如果润滑脂填充量增大，对轴承温升有明显影响，峰值温升（Z高温升）、平衡温升（峰值后趋于稳定的温升）都有明显的变化。
　　根据图3，轴承填充量在16g的时候，三个试验轴承的温升峰点出现的时间一致性较差，过了峰值后的温升下降快慢的一致性也较差，说明以16g润滑脂的量建立的润滑油膜，轴承温升的散热的稳定性不好。根据图5，滚柱轴承填充量达到19g，温升峰值明显增大，Z高温升出现时间晚，温升下降慢，说明该填充量在轴承内建立一个稳定的油膜需要的时间更长，轴承发热量更大，确认为润滑脂量偏多。根据图4，填充量17.5g的温升曲线变化趋势较为一致，因此确定为形成Z佳初始润滑，工艺上的润滑脂填充量数已确定为17~18g。2.3 工艺控制 润滑问题的Z终表现是润滑失效造成轴承温升骤升，因此对轴承温升进行有效控制至关重要。
　　目前，在牵引电机制造工艺上，通过提高轴承装配环境的清洁度、动态定量加润滑脂、专人负责加润滑脂工序等方法保证轴承装配质量。同时，建立电机温升数据库，通过对温升数据的监控掌握轴承润滑情况。采用此工艺控制的异步牵引电机已有逾千台，累计安全运营达200多万公里，截至目前未发生一起因轴承润滑失效造成的轴承故障，实现了轴承润滑质量“零缺陷”的目标。
　　3　结语
　　异步牵引电动机的轴承与润滑是当今世界轨道交通的一个热门话题，随着节能减排工作日益受到重视，高效节能的异步牵引电机应用将更为广泛，轴承润滑技术的研究也将更为深入。
　　本文从理论角度探究轴承Z佳初始润滑值与温升的关系，通过试验数据就润滑脂加入量对轴承温升的影响进行了分析，确定了润滑脂加入量的工艺控制量，从而提高了批量电机轴承运行可靠性，也为其它轴承结构的润滑填充量与温升关系的研究提供了参考数据，将进一步提高牵引电机的质量和性能。
　　参考文献
　　[1] 杨振中.牵引电机空载试验中的轴承考核[J].电力机车技术，2001，1.
　　[2] 温诗铸，黄平.摩擦学原理[M]（第3版）.北京：清华大学出版社，2008.
　　[3] NSK滚动轴承技术手册[S]．
　　[4] 王世芳.轴承润滑与润滑脂的流变性[J].润滑与密封，1980，6.
　　[5] SKF轴承综合型录[S].
 

来源：《电机技术》2013年第1期