張雪峰畢業(yè)論文

1、中 南 大 學 網(wǎng) 絡 教 育畢 業(yè) 論 文論文題目 車輛牽引電機傳動軸承故障分析 姓 名 張雪峰 學 號 13132061601098 專 業(yè) 交通運輸 （城際軌道方向） 層 次 專升科 學習中心 南京 指導教師 李宇輝 2015年11月1日 中南大學網(wǎng)絡教育畢業(yè)論文（設計）任務書學生姓名張雪峰 學號13132061601098 管理中心 入學時間13秋 專業(yè)交通運輸 （城際軌道方向）學習中心南京 畢業(yè)論文（設計）題目車輛牽引電機傳動軸承故障分析 題目類型1理論研究 題目來源2學生自選題 畢業(yè)論文（設計）時間2015年9月1日至2015年11月4日1畢業(yè)論文（設計）內(nèi)容要求（或內(nèi)容綱要；字數(shù)

2、>500字）：近年來高速列車的出現(xiàn)，對車輛牽引電機軸承的工作狀態(tài)提出了嚴格的要求。在高速列車運行中，滾動軸承是安全運行的關鍵部件，也是最容易損壞的部件之一。它的故障直接關系到運輸?shù)陌踩?，所以對車輛牽引電機傳動軸承的故障分析是非常必要的。牽引電機是機車上最重要的設備之一，包括牽引電動機、牽引發(fā)電機、輔助電機等。車輛上的軸承主要是軸箱軸承，客車軸箱多用短圓柱滾子軸承，其工作的可靠性對整個機車的正常運轉有決定性影響，本設計主要簡要地介紹了牽引電機軸承的基本結構、主要特點、故障類型以及其原因分析處理。一、車輛牽引電機與傳動軸承概述1、牽引電動機2、牽引發(fā)電機3、輔助電機4、牽引電機軸承二、車輛牽

3、引電機傳動軸承1、傳動軸承結構簡介2、傳動軸承的行業(yè)發(fā)展3、軸承的類型三、車輛牽引電機傳動軸承故障與檢修1、牽引電機傳動軸承故障及其原因2、牽引電機的工作環(huán)境3、軸承的非正常磨耗4、軸承安裝注意事項5、牽引電機傳動軸承檢修與保養(yǎng)1 題目類型：理論研究，實驗研究，工程設計，工程技術研究，軟件開發(fā)。2 題目來源：工作任務題，生產(chǎn)實際題，模擬或虛構題，學生自選題。本任務書必須網(wǎng)上報送學院，學院審批通過后，下載放置在學生論文首頁。1 李瑞榮、李瑛琦.機車電力電子技術【M】.北京：中國鐵道出版社，20102 陶若冰、郭世明、耿華.電力機車電子【M】.北京：中國鐵道出版社，20093 高學民.電力電子與變

4、流技術【M】.山東：山東科學技術出版社，20054 連級三.電力牽引控制系統(tǒng)【M】.北京：中國鐵道出版社，19945 徐振輝、馬立元.滾動軸承的故障特征提取，測控技術【M】.20046 徐玉秀、原培新、王占國.沖擊脈波在電機軸承故障診斷中的應用【M】.沈陽工業(yè)大學學報，2000. 3畢業(yè)論文進度安排：起 止 時 間階 段 內(nèi) 容2015年7月17日2015年10月10日收集有關論文（設計）資料，指導老師組織學生進行論文選題、指導學生選定任務書或審核學生自擬任務書并下達畢業(yè)論文（設計）任務書。2015年10月11日2015年10月30日撰寫論文、提交初稿，指導老師進行論文指導和評閱。2015年1

5、1月10日2015年11月30日上傳畢業(yè)論文（設計）終稿，指導老師進行指導和評閱。2015年12月上中旬畢業(yè)論文（設計）答辯。第1 頁 共 1 頁目 錄摘 要 I第1章 緒 論1第2章 車輛牽引電機與傳動軸承概述12.1 牽引電機12.1.1 牽引電動機22.1.2 牽引發(fā)電機22.1.3 輔助電機22.2 牽引電機軸承2第3章 車輛牽引電機傳動軸承43.1 傳動軸承結構簡介43.2 傳動軸承的行業(yè)發(fā)展43.3 軸承的類型5第4章 車輛牽引電機傳動軸承故障與檢修64.1 牽引電機傳動軸承故障及其原因64.1.1 牽引電機的工作環(huán)境64.1.2 軸承的非正常磨耗74.1.3 軸承安裝注意事項74

6、.2 牽引電機傳動軸承檢修與保養(yǎng)7結 論9致 謝10參 考 文 獻11摘要近年來高速列車的出現(xiàn)，對車輛牽引電機軸承的工作狀態(tài)提出了嚴格的要求。在高速列車運行中，滾動軸承是安全運行的關鍵部件，也是最容易損壞的部件之一。它的故障直接關系到運輸?shù)陌踩?，所以對車輛牽引電機傳動軸承的故障分析是非常必要的。牽引電機是機車上最重要的設備之一，包括牽引電動機、牽引發(fā)電機、輔助電機等。車輛上的軸承主要是軸箱軸承，客車軸箱多用短圓柱滾子軸承，其工作的可靠性對整個機車的正常運轉有決定性影響，本設計主要簡要地介紹了牽引電機軸承的基本結構、主要特點、故障類型以及其原因分析處理。關鍵詞 牽引電機，傳動軸承，故障分析，維護

7、保養(yǎng)第 12 頁 共 11 頁第1章 緒論人類交通史也是人類的發(fā)展史，展望新世紀，以輪軌系統(tǒng)為主體的我國高速及超高速列車線路將形成縱橫全國的網(wǎng)絡。交流變頻牽引電機作為車輛驅動的原動機是國際上二十世紀八十年代發(fā)展起來的先進牽引技術。它以十分顯著的優(yōu)良特性在德、日、法等經(jīng)濟發(fā)達國家迅速發(fā)展，很快取代了傳統(tǒng)的直流牽引電機。隨著交流變頻調速技術的日益成熟，可以對交流牽引電機進行平穩(wěn)可靠的無級調速，調速范圍可達1：1000，比直流調速范圍更大，尤其是沒有了直流電機換向器的存在，因而克服了直流電機的許多弊端，交流牽引電機與直流電機相比，結構簡單可靠、體積小、重量輕，更適合車輛對電機的安裝空間和重量等方面的

8、要求，更重要的是交流牽引電機因具有功率大、過載能力強、噪聲小、調速范圍寬(05000r/min左右)、再生制動力巨大、可防止車輪打滑、可靠性高、維護方便、平穩(wěn)舒適、節(jié)電2030%等優(yōu)點，成為現(xiàn)代城市軌道交通牽引機車驅動電機的首選產(chǎn)品。因此，在機車車輛運行過程當中必須確保牽引電機能夠保持其性能的可靠性和穩(wěn)定性。本文主要就牽引電機傳動軸承的故障進行了分析，簡要介紹它的工作原理及其結構特點簡要分析并舉例分析牽引電機傳動軸承的常見故障及維護。第2章 車輛牽引電機與傳動軸承概述2.1 牽引電機鐵路干線電力機車、工礦電力機車、電力傳動內(nèi)燃機車和各種電動車輛（如蓄電池車、城市電車、地下鐵道電動車輛）上用于牽

9、引的電機包括牽引電動機、牽引發(fā)電機、輔助電機等。交流變頻牽引電機作為車輛驅動的原動機是國際上二十世紀八十年代發(fā)展起來的先進牽引技術。 它以十分顯著的優(yōu)良特性在德、日、法等經(jīng)濟發(fā)達國家迅速發(fā)展，很快取代了傳統(tǒng)的直流牽引電機。隨著交流變頻調速技術的日益成熟，可以對交流牽引電機進行平穩(wěn)可靠的無級調速，調速范圍可達1：1000，比直流調速范圍更大，尤其是沒有了直流電機換向器的存在，因而克服了直流電機的許多弊端，交流牽引電機與直流電機相比，結構簡單可靠、體積小、重量輕，更適合車輛對電機的安裝空間和重量等方面的要求，更重要的是交流牽引電機因具有功率大、過載能力強、噪聲小、調速范圍寬(05000r/min左

10、右)、再生制動力巨大、可防止車輪打滑、可靠性高、維護方便、平穩(wěn)舒適、節(jié)電2030%等優(yōu)點，成為現(xiàn)代城市軌道交通牽引機車驅動電機的首選產(chǎn)品。現(xiàn)代交通工具大多用的是交流牽引電機，如城市軌道交通，輕電車軌，地鐵等等。2.1.1 牽引電動機在機車或動車上用于驅動一根或幾根動輪軸的電動機。牽引電動機有多種類型，如直流牽引電動機、交流異步牽引電動機和交流同步牽引電動機等。直流牽引電動機，尤其是直流串勵電動機有較好調速性能和工作特性，適應機車牽引特性的需要，獲得廣泛應用。牽引電動機有兩種懸掛方式。一種是牽引電動機和動輪軸連接的懸掛方式，稱為抱軸式懸掛或半懸掛。牽引電動機的工作原理與一般直流電動機相同，但有特

11、殊的工作條件：空間尺寸受到軌距和動輪直徑的限制；在機車運行通過軌縫和道岔時要承受相當大的沖擊振動；大、小齒輪嚙合不良時電樞上會產(chǎn)生強烈的扭轉振動；在惡劣環(huán)境中運用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牽引電動機在設計和結構上也有許多要求，如要充分利用機體內(nèi)部空間使結構緊湊，要采用較高級的絕緣材料和導磁材料，零部件需有較高的機械強度和剛度，整臺電機需有良好的通風散熱條件和防塵防潮能力，要采取特殊的措施以應付比較困難的“換向”條件以減少炭刷下的火花等。2.1.2 牽引發(fā)電機專用于電力傳動內(nèi)燃機車，以供給牽引電動機電力的發(fā)電機，又稱主發(fā)電機。牽引發(fā)電機有直流和交流兩種。直流牽引發(fā)電機直接向直流牽引電動機供電

12、。交流牽引發(fā)電機發(fā)出的三相交流電經(jīng)硅整流器整流后再向直流牽引電動機供電。交流整流電路是三相的，整流電壓雖然有脈動，但脈動量比較小，因此牽引電動機還被認為是一般的直流電動機。2.1.3 輔助電機電力機車上的輔助電機可用直流電動機，也可用三相交流異步電動機。用直流電動機作為輔助電機時，須由專用的硅整流器供電。用三相交流異步輔助電動機時，須由靜止變相、變頻裝置或專用的旋轉電機供給三相電源。這種專用的旋轉電機稱為劈相機，可以把單相交流電變?yōu)槿嘟涣麟姟?.2 牽引電機軸承近年來鐵路運輸不斷提速，高速列車的出現(xiàn)，更是對高速牽引電機傳動軸承的工作狀態(tài)提出了更加嚴格的要求。在鐵路機車車輛運行中，傳動軸承是安

13、全運行的關鍵部件，也是最容易損壞的部件之一，它的故障直接關系到運輸?shù)陌踩?。軸承為基礎發(fā)展起來的滾動軸承，其工作原理是以滾動摩擦代替滑動摩擦，一般由兩個套圈，一組滾動體和一個保持架所組成的通用性很強、標準化、系列化程度很高的機械基礎件。由于各種機械有著不同的工作條件，對滾動軸承在負荷能力、結構和使用性能等方面都提出了各種不同要求。為此，滾動軸承需有各式各樣的結構。但是，最基本的結構是由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成通常稱為四大件。當軸承損壞的程度超過預先規(guī)定的范圍，其功能的惡化將造成機車技術經(jīng)濟指標的損失超過規(guī)定值，這時就認為軸承失效。對失效的滾動軸承及時準確的檢測出來并確定軸承故障原因，是確保

14、機車安全運行的一個重要環(huán)節(jié)，這一直是鐵道部門安全監(jiān)測最重要的工作之一。據(jù)統(tǒng)計，列車大修現(xiàn)場實際故障中有相當一部分是由于傳動軸承故障引起的。這是因為傳動軸承是機械設備中工作條件最為惡劣的部件，它在機械設備中起著承受載荷和傳遞載荷的作用。與其他機械零部件相比，傳動軸承有一個很大的特點，其壽命離散性很大。有的軸承已大大超過設計壽命而依然完好的工作，而有的軸承遠未達到設計壽命就出現(xiàn)各種故障。傳動軸承故障的準確診斷可以減少或杜絕事故的發(fā)生，最大限度地發(fā)揮軸承的工作潛力，節(jié)約開支，對于高速列車的安全運行具有重大意義。因此，對傳動軸承的故障診斷已成為各國研究的熱點。軸承作為各類機電產(chǎn)品配套與維修的重要機械基

15、礎件，具有摩擦力小、易于啟動、升速迅速、結構緊湊、“三化”（標準化、系列化、通用化）水平高、適應現(xiàn)代各種機械要求的工作性能、使用壽命長以及維修保養(yǎng)簡便等特點，其性能、水平、質量對主機的精度和性能有著直接的影響，廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域。軸承是我國重點發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過六十多年的發(fā)展，我國軸承工業(yè)已具備了較強的技術實力和較大的生產(chǎn)能力?！笆晃濉逼陂g，我國軸承行業(yè)保持了平穩(wěn)較快發(fā)展的態(tài)勢，主營業(yè)務收入平均年遞增18.20%，軸承產(chǎn)量平均年遞增20.11%。軸承行業(yè)取得了長足的發(fā)展，為建成軸承強國打下了堅實的基礎。自2011年下半年以來，受國家政策由過去的“保增長”向明確以“調結構”為

16、主要取向的轉變，各主機行業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展由高速增長轉變?yōu)樗讲粩嗌壍挠绊懀偌由蠂H上受歐元區(qū)債務危機，特別在8月份以來的影響，出口連續(xù)3個月出現(xiàn)環(huán)比下降。在國內(nèi)外局勢的共同影響下，軸承行業(yè)的經(jīng)濟運行出現(xiàn)了前高后低的變化，但由于上半年的快速發(fā)展，2011全行業(yè)累計同比仍保持一個穩(wěn)定的增長態(tài)勢?！笆濉逼陂g我國軸承行業(yè)將延續(xù)穩(wěn)步增長的態(tài)勢，首先，軸承是消耗性的機械基礎件，除新增項目和新增機械產(chǎn)品將拉動軸承需求外，機械產(chǎn)品保有量的增加和利用率的提高都會增加對軸承的消耗；其次，隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展、自動化程度不斷提高，對主機要求將越來越高，從而對軸承的性能、技術要求也會越來越高，新產(chǎn)品層出不窮，

17、需求量也會不斷加大。第3章 車輛牽引電機傳動軸承3.1 傳動軸承結構簡介軸承（如圖1）是在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件。也可以說，當其它機件在軸上彼此產(chǎn)生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機件。軸承是當代機械設備中一種舉足輕重的零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉體，用以降低設備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數(shù)。按運動元件摩擦性質的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。牽引電機軸承用來支承轉子軸和聯(lián)軸節(jié)（或齒輪）的作用而引起的徑向載荷，實現(xiàn)頻繁運轉，停止循環(huán)作業(yè)，并高速旋轉。動力分散型列車的牽引電機，一般在傳動端使用圓柱滾子軸承，在另一端則用深溝球

18、軸承，并大都采用脂潤滑方式；而動力集中型列車則常全部采用滾子軸承，傳動端與齒輪箱直接通過齒輪傳動連接，因而潤滑方式以油潤滑為多。目前，高速列車的發(fā)展方向以動力分散型為主，且使用密封型的軸承室結構，有利于延長維護周期。與其他軸承不同的是列車牽引電機軸承中有軸電流通過，所以要求采取相應的隔離措施，否則會使軸承發(fā)生電蝕，潤滑脂過早劣化，嚴重影響高速列車的正常運行。圖1 傳動軸承3.2 傳動軸承的行業(yè)發(fā)展軸承是各類機械裝備的重要基礎零部件，它的精度、性能、壽命和可靠性對主機的精度、性能、壽命和可靠性起著決定性的作用。在機械產(chǎn)品中，軸承屬于高精度產(chǎn)品，不僅需要數(shù)學、物理等諸多學科理論的綜合支持，而且需要

19、材料科學、熱處理技術、精密加工和測量技術、數(shù)控技術和有效的數(shù)值方法及功能強大的計算機技術等諸多學科為之服務，因此軸承又是一個代表國家科技實力的產(chǎn)品。2008年國際金融危機爆發(fā)后，國家為應對金融危機，采取了加大基礎設施投入，拉動經(jīng)濟發(fā)展的積極財政政策。受益于相關行業(yè)的發(fā)展，軸承產(chǎn)銷迅速擴大，利潤水平得到提升，行業(yè)發(fā)展明顯加快。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2011年中國軸承制造行業(yè)規(guī)模(年銷售收入2000萬元以上)企業(yè)共有1416家企業(yè)，全年實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值1932.11億元，同比增長27.59%；銷售收入為1910.97億元，同比增長30.30%；利潤總額125.23億元，較上年增長為26.54%。近些年

20、來，世界知名企業(yè)紛紛進入中國軸承市場并建立生產(chǎn)基地，如瑞典SKF集團、德國舍弗勒集團、美國鐵姆肯公司、日本的NSK公司、NTN公司等。這些公司不僅是全球經(jīng)營，而且是全球制造，他們憑借品牌、裝備、技術、資金和生產(chǎn)規(guī)模的優(yōu)勢，與國內(nèi)的軸承企業(yè)展開了激烈競爭。國內(nèi)企業(yè)主要從事通用軸承的生產(chǎn)，專用和高端軸承生產(chǎn)企業(yè)較少，技術還不成熟。因此，國產(chǎn)企業(yè)要想與國外先進軸承品牌競爭，甚至超越，還需要在技術等方面經(jīng)歷很長一段時間的發(fā)展道路。隨著軸承制造行業(yè)競爭的不斷加劇，大型軸承制造企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內(nèi)優(yōu)秀的軸承制造企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境和產(chǎn)品購買者的深入研究。正

21、因為如此，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的軸承制造品牌迅速崛起，逐漸成為軸承制造行業(yè)中的翹楚!3.3 軸承的類型滾針軸承（如圖2） 滾針軸承裝有細而長的滾子（滾子長度為直徑的310倍，直徑一般不大于5mm），因此徑向結構緊湊，其內(nèi)徑尺寸和載荷能力與其他類型軸承相同時，外徑最小，特別適用于徑向安裝尺寸受限制的支承結構。調心球軸承（如圖3） 調心球軸承：二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承。深溝球軸承（如圖4） 深溝球軸承進口軸承主要用于承受純徑向載荷，也可同時承受徑向載荷和軸向載荷。調心滾子軸承（如圖5） 調心滾子軸承是在有二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間，組裝著鼓形滾子的軸承。此外，

22、還有推力滾子軸承、直線軸承、帶座軸承、關節(jié)軸承、組合軸承、軋機軸承、角接觸球軸承等。 圖2 滾針軸承 圖3 調心球軸承 圖4 深溝球軸承 圖5 調心滾子軸承第4章 車輛牽引電機傳動軸承故障與檢修4.1 牽引電機傳動軸承故障及其原因軸承是大多數(shù)機器的最重要組成部分,因而對其工作能力和穩(wěn)定性有嚴格要求。因此,非常重要的滑動軸承近年來一直是人們廣泛研究的對象,滑動軸承技術也已成為特殊的科學分枝。瑞典的SKF公司從一開始就一直站在這一領域的前沿進行此項研究,可以相當精確地計算軸承壽命,從而更好地與有關機器壽命相匹配。然而,軸承有時達不到它的額定壽命。原因可能有很多,比如負載比預期大,不充分潤滑,粗糙處

23、理,無效密封,安裝過緊從而導致不能徹底清潔軸承內(nèi)部。不同類型的原因會造成不同類型的損壞。因此,如果可能的話,應檢查損壞的軸承,在大多數(shù)情況下查明損壞原因并采取必要的措施以防止損壞的再次發(fā)生。4.1.1 牽引電機的工作環(huán)境牽引電動機，在機車或動車上用于驅動一根或幾根動輪軸的電動機?？臻g尺寸受到軌距和動輪直徑的限制；在機車運行通過軌縫和道岔時要承受相當大的沖擊振動，這不僅電動機換向帶來困難，而且還容易造成電動機機械破損；大、小齒輪嚙合不良時電樞上會產(chǎn)生強烈的扭轉振動；在惡劣環(huán)境中運用，雨、雪、灰沙容易侵入；電動機工作時電壓變化范圍大，同一臺機車的六臺牽引電動機并聯(lián)工作，若引動輪直徑差異，個別輪對空

24、轉、電動機特性因數(shù)不盡相同等因數(shù)干擾，將是牽引電動機負載分配不均勻。過大的電流或是電壓勢必電機的換向帶來困難，造成電機溫升過高，絕緣老化等。因此牽引電動機在設計和結構上也有許多要求，如要充分利用機體內(nèi)部空間使結構緊湊，要采用較高級的絕緣材料和導磁材料，零部件需有較高的機械強度和剛度，整臺電機需有良好的通風散熱條件和防塵防潮能力，要采取特殊的措施以應付比較困難的“換向”條件以減少炭刷下的火花等。4.1.2 軸承的非正常磨耗當軸承運用一段時間后，軸承內(nèi)圈、滾動體、保持架、外圈、滾道等產(chǎn)生一定的缺陷、傷痕，造成軸承的潤滑不良，引起軸承的發(fā)熱，長時間的發(fā)熱會導致：軸承潤滑油的稀釋加速材質的疲勞，硬度下

25、降。由于以上原因，而進一步形成惡性循環(huán)，加速過熱而使軸承燒損。嚴重的軸承內(nèi)圈位移，滾動體失圓，沖撞生熱，最終熔接在一起。因此在線上運行時，如發(fā)現(xiàn)軸承嚴重發(fā)熱、冒煙時，不要停車，而應維持運行到前方站，因為此刻過熱軸承處于熔化狀態(tài)，一旦停車冷卻后就再不能行走，堵塞正線。4.1.3 軸承安裝注意事項軸承內(nèi)圈與軸的配合間隙過盈量不符，很容易造成軸承故障，過盈量大，很容易造成軸承內(nèi)圈因過大的張應力而崩裂，過盈量過小，也很容易造成軸承內(nèi)圈“弛緩”。軸承組裝配合游隙配合不當，容易造成軸承故障，游隙小很容易造成滾子和滾道摩擦發(fā)熱，隨著溫度的不斷上升，軸承內(nèi)圈、滾動體、保持架、外圈、端蓋的溫度并不相同，相互之間

26、存在著溫差，因而膨脹量也略有不同，也就造成配合間隙的進一步減少，加據(jù)軸承的生熱。間隙過大，滾子的振動加大，加劇滾子和滾道的沖擊，同時也易造成內(nèi)部負荷分布不均，承載滾子減少，中央滾子負荷過大。組裝軸承時不按工藝要求，用銅錘沖擊軸承，造成保持架變形，牽引電機軸承內(nèi)外圈安裝不正確或其它原因而使軸向橫動量消失，造成軸承軸內(nèi)擠死。4.2 牽引電機傳動軸承檢修與保養(yǎng)檢查吹掃風機。機車的各自電機的安裝位置也不一樣，以六臺牽引電動機為例，它們安裝在機車底部前后轉向架上。工作環(huán)境惡劣，時常受到雨、雪、風、沙的侵襲，使牽引電動機絕緣能力變差。因此，定期用干燥的壓縮空氣進行吹掃，是保障電機可靠運用及保養(yǎng)的重要措施。更換軸承時，要對新軸承進行認真檢查，同時對軸徑及軸承座孔和轉子進行細致的檢查； 裝配和拆卸軸承時，嚴格執(zhí)行檢修工藝，認真操作，避免裝拆不當導致的軸承損壞； 按時