车辆牵引电机传动轴承故障分析毕业论文.doc

中 南 大 学 网 络 教 育毕 业 论 文论文题目 车辆牵引电机传动轴承故障分析 姓 名 张雪峰 学 号 13132061601098 专 业 交通运输 （城际轨道方向） 层 次 专升科 学习中心 南京 指导教师 李宇辉 2015年11月1日 中南大学网络教育毕业论文（设计）任务书学生姓名张雪峰 学号13132061601098 管理中心 入学时间13秋 专业交通运输 （城际轨道方向）学习中心南京 毕业论文（设计）题目车辆牵引电机传动轴承故障分析 题目类型1理论研究 题目来源2学生自选题 毕业论文（设计）时间2015年9月1日至2015年11月4日1毕业论文（设计）内容要求（或内容纲要；字数500字）：近年来高速列车的出现，对车辆牵引电机轴承的工作状态提出了严格的要求。在高速列车运行中，滚动轴承是安全运行的关键部件，也是最容易损坏的部件之一。它的故障直接关系到运输的安全，所以对车辆牵引电机传动轴承的故障分析是非常必要的。牵引电机是机车上最重要的设备之一，包括牵引电动机、牵引发电机、辅助电机等。车辆上的轴承主要是轴箱轴承，客车轴箱多用短圆柱滚子轴承，其工作的可靠性对整个机车的正常运转有决定性影响，本设计主要简要地介绍了牵引电机轴承的基本结构、主要特点、故障类型以及其原因分析处理。一、车辆牵引电机与传动轴承概述1、牵引电动机2、牵引发电机3、辅助电机4、牵引电机轴承二、车辆牵引电机传动轴承1、传动轴承结构简介2、传动轴承的行业发展3、轴承的类型三、车辆牵引电机传动轴承故障与检修1、牵引电机传动轴承故障及其原因2、牵引电机的工作环境3、轴承的非正常磨耗4、轴承安装注意事项5、牵引电机传动轴承检修与保养1 题目类型：理论研究，实验研究，工程设计，工程技术研究，软件开发。2 题目来源：工作任务题，生产实际题，模拟或虚构题，学生自选题。本任务书必须网上报送学院，学院审批通过后，下载放置在学生论文首页。1 李瑞荣、李瑛琦.机车电力电子技术【m】.北京：中国铁道出版社，20102 陶若冰、郭世明、耿华.电力机车电子【m】.北京：中国铁道出版社，20093 高学民.电力电子与变流技术【m】.山东：山东科学技术出版社，20054 连级三.电力牵引控制系统【m】.北京：中国铁道出版社，19945 徐振辉、马立元.滚动轴承的故障特征提取，测控技术【m】.20046 徐玉秀、原培新、王占国.冲击脉波在电机轴承故障诊断中的应用【m】.沈阳工业大学学报，2000. 3毕业论文进度安排：起 止 时 间阶 段 内 容2015年7月17日2015年10月10日收集有关论文（设计）资料，指导老师组织学生进行论文选题、指导学生选定任务书或审核学生自拟任务书并下达毕业论文（设计）任务书。2015年10月11日2015年10月30日撰写论文、提交初稿，指导老师进行论文指导和评阅。2015年11月10日2015年11月30日上传毕业论文（设计）终稿，指导老师进行指导和评阅。2015年12月上中旬毕业论文（设计）答辩。第1 页 共 1 页目 录摘 要 i第1章 绪 论1第2章 车辆牵引电机与传动轴承概述12.1 牵引电机12.1.1 牵引电动机22.1.2 牵引发电机22.1.3 辅助电机22.2 牵引电机轴承2第3章 车辆牵引电机传动轴承43.1 传动轴承结构简介43.2 传动轴承的行业发展43.3 轴承的类型5第4章 车辆牵引电机传动轴承故障与检修64.1 牵引电机传动轴承故障及其原因64.1.1 牵引电机的工作环境64.1.2 轴承的非正常磨耗74.1.3 轴承安装注意事项74.2 牵引电机传动轴承检修与保养7结 论9致 谢10参 考 文 献11摘要近年来高速列车的出现，对车辆牵引电机轴承的工作状态提出了严格的要求。在高速列车运行中，滚动轴承是安全运行的关键部件，也是最容易损坏的部件之一。它的故障直接关系到运输的安全，所以对车辆牵引电机传动轴承的故障分析是非常必要的。牵引电机是机车上最重要的设备之一，包括牵引电动机、牵引发电机、辅助电机等。车辆上的轴承主要是轴箱轴承，客车轴箱多用短圆柱滚子轴承，其工作的可靠性对整个机车的正常运转有决定性影响，本设计主要简要地介绍了牵引电机轴承的基本结构、主要特点、故障类型以及其原因分析处理。关键词 牵引电机，传动轴承，故障分析，维护保养第 12 页 共 11 页第1章 绪论人类交通史也是人类的发展史，展望新世纪，以轮轨系统为主体的我国高速及超高速列车线路将形成纵横全国的网络。交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八十年代发展起来的先进牵引技术。它以十分显著的优良特性在德、日、法等经济发达国家迅速发展，很快取代了传统的直流牵引电机。随着交流变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速，调速范围可达1：1000，比直流调速范围更大，尤其是没有了直流电机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端，交流牵引电机与直流电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻，更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽(05000r/min左右)、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电2030%等优点，成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。因此，在机车车辆运行过程当中必须确保牵引电机能够保持其性能的可靠性和稳定性。本文主要就牵引电机传动轴承的故障进行了分析，简要介绍它的工作原理及其结构特点简要分析并举例分析牵引电机传动轴承的常见故障及维护。第2章 车辆牵引电机与传动轴承概述2.1 牵引电机铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆（如蓄电池车、城市电车、地下铁道电动车辆）上用于牵引的电机包括牵引电动机、牵引发电机、辅助电机等。交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八十年代发展起来的先进牵引技术。 它以十分显著的优良特性在德、日、法等经济发达国家迅速发展，很快取代了传统的直流牵引电机。随着交流变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速，调速范围可达1：1000，比直流调速范围更大，尤其是没有了直流电机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端，交流牵引电机与直流电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻，更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽(05000r/min左右)、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电2030%等优点，成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。现代交通工具大多用的是交流牵引电机，如城市轨道交通，轻电车轨，地铁等等。2.1.1 牵引电动机在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。牵引电动机有两种悬挂方式。一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动；在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。2.1.2 牵引发电机专用于电力传动内燃机车，以供给牵引电动机电力的发电机，又称主发电机。牵引发电机有直流和交流两种。直流牵引发电机直接向直流牵引电动机供电。交流牵引发电机发出的三相交流电经硅整流器整流后再向直流牵引电动机供电。交流整流电路是三相的，整流电压虽然有脉动，但脉动量比较小，因此牵引电动机还被认为是一般的直流电动机。2.1.3 辅助电机电力机车上的辅助电机可用直流电动机，也可用三相交流异步电动机。用直流电动机作为辅助电机时，须由专用的硅整流器供电。用三相交流异步辅助电动机时，须由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给三相电源。这种专用的旋转电机称为劈相机，可以把单相交流电变为三相交流电。2.2 牵引电机轴承近年来铁路运输不断提速，高速列车的出现，更是对高速牵引电机传动轴承的工作状态提出了更加严格的要求。在铁路机车车辆运行中，传动轴承是安全运行的关键部件，也是最容易损坏的部件之一，它的故障直接关系到运输的安全。轴承为基础发展起来的滚动轴承，其工作原理是以滚动摩擦代替滑动摩擦，一般由两个套圈，一组滚动体和一个保持架所组成的通用性很强、标准化、系列化程度很高的机械基础件。由于各种机械有着不同的工作条件，对滚动轴承在负荷能力、结构和使用性能等方面都提出了各种不同要求。为此，滚动轴承需有各式各样的结构。但是，最基本的结构是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成通常称为四大件。当轴承损坏的程度超过预先规定的范围，其功能的恶化将造成机车技术经济指标的损失超过规定值，这时就认为轴承失效。对失效的滚动轴承及时准确的检测出来并确定轴承故障原因，是确保机车安全运行的一个重要环节，这一直是铁道部门安全监测最重要的工作之一。据统计，列车大修现场实际故障中有相当一部分是由于传动轴承故障引起的。这是因为传动轴承是机械设备中工作条件最为恶劣的部件，它在机械设备中起着承受载荷和传递载荷的作用。与其他机械零部件相比，传动轴承有一个很大的特点，其寿命离散性很大。有的轴承已大大超过设计寿命而依然完好的工作，而有的轴承远未达到设计寿命就出现各种故障。传动轴承故障的准确诊断可以减少或杜绝事故的发生，最大限度地发挥轴承的工作潜力，节约开支，对于高速列车的安全运行具有重大意义。因此，对传动轴承的故障诊断已成为各国研究的热点。轴承作为各类机电产品配套与维修的重要机械基础件，具有摩擦力小、易于启动、升速迅速、结构紧凑、“三化”（标准化、系列化、通用化）水平高、适应现代各种机械要求的工作性能、使用寿命长以及维修保养简便等特点，其性能、水平、质量对主机的精度和性能有着直接的影响，广泛应用于国民经济的各个领域。轴承是我国重点发展的战略性基础产业，经过六十多年的发展，我国轴承工业已具备了较强的技术实力和较大的生产能力。“十一五”期间，我国轴承行业保持了平稳较快发展的态势，主营业务收入平均年递增18.20%，轴承产量平均年递增20.11%。轴承行业取得了长足的发展，为建成轴承强国打下了坚实的基础。自2011年下半年以来，受国家政策由过去的“保增长”向明确以“调结构”为主要取向的转变，各主机行业产品的发展由高速增长转变为水平不断升级的影响，再加上国际上受欧元区债务危机，特别在8月份以来的影响，出口连续3个月出现环比下降。在国内外局势的共同影响下，轴承行业的经济运行出现了前高后低的变化，但由于上半年的快速发展，2011全行业累计同比仍保持一个稳定的增长态势。“十二五”期间我国轴承行业将延续稳步增长的态势，首先，轴承是消耗性的机械基础件，除新增项目和新增机械产品将拉动轴承需求外，机械产品保有量的增加和利用率的提高都会增加对轴承的消耗；其次，随着我国国民经济持续发展、自动化程度不断提高，对主机要求将越来越高，从而对轴承的性能、技术要求也会越来越高，新产品层出不穷，需求量也会不断加大。第3章 车辆牵引电机传动轴承3.1 传动轴承结构简介轴承（如图1）是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。牵引电机轴承用来支承转子轴和联轴节（或齿轮）的作用而引起的径向载荷，实现频繁运转，停止循环作业，并高速旋转。动力分散型列车的牵引电机，一般在传动端使用圆柱滚子轴承，在另一端则用深沟球轴承，并大都采用脂润滑方式；而动力集中型列车则常全部采用滚子轴承，传动端与齿轮箱直接通过齿轮传动连接，因而润滑方式以油润滑为多。目前，高速列车的发展方向以动力分散型为主，且使用密封型的轴承室结构，有利于延长维护周期。与其他轴承不同的是列车牵引电机轴承中有轴电流通过，所以要求采取相应的隔离措施，否则会使轴承发生电蚀，润滑脂过早劣化，严重影响高速列车的正常运行。图1 传动轴承3.2 传动轴承的行业发展轴承是各类机械装备的重要基础零部件，它的精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。在机械产品中，轴承属于高精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的综合支持，而且需要材料科学、热处理技术、精密加工和测量技术、数控技术和有效的数值方法及功能强大的计算机技术等诸多学科为之服务，因此轴承又是一个代表国家科技实力的产品。2008年国际金融危机爆发后，国家为应对金融危机，采取了加大基础设施投入，拉动经济发展的积极财政政策。受益于相关行业的发展，轴承产销迅速扩大，利润水平得到提升，行业发展明显加快。根据国家统计局数据，2011年中国轴承制造行业规模(年销售收入2000万元以上)企业共有1416家企业，全年实现工业总产值1932.11亿元，同比增长27.59%；销售收入为1910.97亿元，同比增长30.30%；利润总额125.23亿元，较上年增长为26.54%。近些年来，世界知名企业纷纷进入中国轴承市场并建立生产基地，如瑞典skf集团、德国舍弗勒集团、美国铁姆肯公司、日本的nsk公司、ntn公司等。这些公司不仅是全球经营，而且是全球制造，他们凭借品牌、装备、技术、资金和生产规模的优势，与国内的轴承企业展开了激烈竞争。国内企业主要从事通用轴承的生产，专用和高端轴承生产企业较少，技术还不成熟。因此，国产企业要想与国外先进轴承品牌竞争，甚至超越，还需要在技术等方面经历很长一段时间的发展道路。随着轴承制造行业竞争的不断加剧，大型轴承制造企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的轴承制造企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对产业发展环境和产品购买者的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的轴承制造品牌迅速崛起，逐渐成为轴承制造行业中的翘楚!3.3 轴承的类型滚针轴承（如图2） 滚针轴承装有细而长的滚子（滚子长度为直径的310倍，直径一般不大于5mm），因此径向结构紧凑，其内径尺寸和载荷能力与其他类型轴承相同时，外径最小，特别适用于径向安装尺寸受限制的支承结构。调心球轴承（如图3） 调心球轴承：二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间，装配有鼓形滚子的轴承。深沟球轴承（如图4） 深沟球轴承进口轴承主要用于承受纯径向载荷，也可同时承受径向载荷和轴向载荷。调心滚子轴承（如图5） 调心滚子轴承是在有二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间，组装着鼓形滚子的轴承。此外，还有推力滚子轴承、直线轴承、带座轴承、关节轴承、组合轴承、轧机轴承、角接触球轴承等。 图2 滚针轴承 图3 调心球轴承 图4 深沟球轴承 图5 调心滚子轴承第4章 车辆牵引电机传动轴承故障与检修4.1 牵引电机传动轴承故障及其原因轴承是大多数机器的最重要组成部分,因而对其工作能力和稳定性有严格要求。因此,非常重要的滑动轴承近年来一直是人们广泛研究的对象,滑动轴承技术也已成为特殊的科学分枝。瑞典的skf公司从一开始就一直站在这一领域的前沿进行此项研究,可以相当精确地计算轴承寿命,从而更好地与有关机器寿命相匹配。然而,轴承有时达不到它的额定寿命。原因可能有很多,比如负载比预期大,不充分润滑,粗糙处理,无效密封,安装过紧从而导致不能彻底清洁轴承内部。不同类型的原因会造成不同类型的损坏。因此,如果可能的话,应检查损坏的轴承,在大多数情况下查明损坏原因并采取必要的措施以防止损坏的再次发生。4.1.1 牵引电机的工作环境牵引电动机，在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动，这不仅电动机换向带来困难，而且还容易造成电动机机械破损；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动；在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入；电动机工作时电压变化范围大，同一台机车的六台牵引电动机并联工作，若引动轮直径差异，个别轮对空转、电动机特性因数不尽相同等因数干扰，将是牵引电动机负载分配不均匀。过大的电流或是电压势必电机的换向带来困难，造成电机温升过高，绝缘老化等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。4.1.2 轴承的非正常磨耗当轴承运用一段时间后，轴承内圈、滚动体、保持架、外圈、滚道等产生一定的缺陷、伤痕，造成轴承的润滑不良，引起轴承的发热，长时间的发热会导致：轴承润滑油的稀释加速材质的疲劳，硬度下降。由于以上原因，而进一步形成恶性循环，加速过热而使轴承烧损。严重的轴承内圈位移，滚动体失圆，冲撞生热，最终熔接在一起。因此在线上运行时，如发现轴承严重发热、冒烟时，不要停车，而应维持运行到前方站，因为此刻过热轴承处于熔化状态，一旦停车冷却后就再不能行走，堵塞正线。4.1.3 轴承安装注意事项轴承内圈与轴的配合间隙过盈量不符，很容易造成轴承故障，过盈量大，很容易造成轴承内圈因过大的张应力而崩裂，过盈量过小，也很容易造成轴承内圈“弛缓”。轴承组装配合游隙配合不当，容易造成轴承故障，游隙小很容易造成滚子和滚道摩擦发热，随着温度的不断上升，轴承内圈、滚动体、保持架、外圈、端盖的温度并不相同，相互之间存在着温差，因而膨胀量也略有不同，也就造成配合间隙的进一步减少，加据轴承的生热。间隙过大，滚子的振动加大，加剧滚子和滚道的冲击，同时也易造成内部负荷分布不均，承载滚子减少，中央滚子负荷过大。组装轴承时不按工艺要求，用铜锤冲击轴承，造成保持架变形，牵引电机轴承内外圈安装不正确或其它原因而使轴向横动量消失，造成轴承轴内挤死。4.2 牵引电机传动轴承检修与保养检查吹扫风机。机车的各自电机的安装位置也不一样，以六台牵引电动机为例，它们安装在机车底部前后转向架上。工作环境恶劣，时常受到雨、雪、风、沙的侵袭，使牵引电动机绝缘能力变差。因此，定期用干燥的压缩空气进行吹扫，是保障电机可靠运用及保养的重要措施。更换轴承时，要对新轴承进行认真检查，同时对轴径及轴承座孔和转子进行细致的检查； 装配和拆卸轴承时，严格执行检修工艺，认真操作，避免装拆不当导致的轴承损坏； 按时