ZD105牵引电机轴承压盖螺栓断裂原因分析及预防措施

摘要：本文通过对检修过程中相关配件的检查、分析，得出牵引电机轴承压盖螺栓断裂的主要原因，并按照此情况制定出相关整改措施，最大程度上保证机车运用质量。

关键词：zd105牵引电机、压盖螺栓、断裂、措施

中图分类号： TH133.3 文献标识码： A 文章编号：

1.问题提出

某机务段配属SS4机车ZD105牵引电机轴承压盖螺栓经常断裂，造成落轮修数量剧增。如果轴承压盖螺栓断裂将造成轴承端盖和轴承外圈外窜,随着轴承窜动量的增大,电枢转动时震动和噪声加大,轴承温升增加,严重时可导致牵引电机轴承烧损固死，牵引电机端盖螺栓的惯性断裂为走行部的安全埋下了深深的隐患。

2.原因分析

针对ZD105牵引电机轴承压盖螺栓断裂的问题，先后采取了一些技术措施，比如将螺栓等级由原设计的4.8级提高到10.9级，虽然随着螺栓等级的提高螺栓相应的抗拉强度、屈服强度都得到了提高，但螺栓断裂的问题没有得到有效的控制。为此，检修技术部门对此问题从检修过程、牵引电机结构进行了调研分析。通过对大量机车牵引电机解体情况和螺栓断口分析，造成牵引电机轴承压盖螺栓断裂的主要影响因素有：螺栓组装因素、间隙影响

2.1 螺栓组装因素

从断裂处取下三条断裂螺栓，进行断口分析：

1#和2#螺栓断口较为相似，二者断口形貌虽与其它断口有所不同，但是仍为典型疲劳断口。断口也可分为3个区: 全部疲劳裂纹均沿螺纹齿根形成，高低不平，台阶延伸较长，有多个疲劳裂纹源；疲劳裂纹在扩展时形成多个较平坦断面( 除台阶外各处比较平坦)；在照片下部比较粗糙的部位为最终瞬断区，瞬断区大，瞬断区附近无缩颈现象。3#螺栓断口为裂纹均从沿螺纹齿根处起裂，具有典型的疲劳断口特征，断口可分为3个区: 沿螺纹齿根的断口边缘属于裂纹萌生区，且有多个疲劳裂纹源；断口上向中心扩展的部分为裂纹扩展区，呈现灰白色，有金属光泽，整个断口较为平坦，该区面积较大，具有低应力高周循环载荷疲劳破坏特点；断口已被磨损，但可以判断瞬断区附近无缩颈迹象。

2.2 轴向间隙因素

SS4机车牵引电机悬挂方式采用的是滑动抱轴承结构，牵引电机一端通过吊杆与构架相连，另一端通过滑动抱轴承与车轴相连，牵引电机电枢轴两侧分别采用斜齿轮与轮对从动齿轮啮合。正常情况下，牵引电机轴承压盖螺栓只承受预紧力，其断裂可能是在运用时异常传递了轮轨横向力。

牵引电机与轮对组装后，由于抱轴承存在1.1～2.2mm（中修时限度1.1～4mm）的轴向间隙，牵引电机定子可在车轴上轴向窜动；由于电枢轴通过斜齿轮传动与轮对装配啮合，轴向移动基本与车轴一致；因此在机车运行过程中电枢轴与牵引电机定子的相对运动量主要由抱轴承轴向间隙、电枢轴组装窜动量决定。

根据SS4机车轮对牵引电机装配的结构特点及牵引电机的具体构造，可以发现在正常情况下轴承端盖螺栓仅起到固定轴承外圈的作用。其运行过程中，轮轨横向力及齿轮啮合横向分力的传递过程可能出现三种情况：

牵引电机自由窜动量正常，且单侧均匀；抱轴承轴向间隙小于牵引电机单侧自由窜动量。那么机车轮轨横向力的传递：车轮---车轴---从动齿轮---抱轴瓦---抱轴承---牵引电机定子。

牵引电机单侧自由窜动量小于抱轴承轴向间隙，主、从动齿轮啮合后电机电枢轴向窜动量正常。那么机车轮轨横向力的传递：车轮---车轴---从动齿轮---主动齿轮---电枢轴---异侧轴承内圈---滚子---轴承外圈---轴承压盖---压盖螺栓。

主、从动齿轮啮合后电机电枢轴向窜动量变大，在机车运行过程中，由于齿轮啮合产生横向分力导致电枢轴相对于电机定子轴向移动，当组装窜动量与抱轴承轴向间隙之和大于自由窜动量时，齿轮啮合产生的横向分力及轮轨横向力将通过以下途径传递：从动齿轮---主动齿轮---电枢轴---异侧轴承内圈---滚子--轴承外圈---轴承压盖---压盖螺栓。

造成电枢轴轴向移动间隙大于牵引电机单侧自由窜动量的原因主要有以下情况：

抱轴瓦在机车运行过程中端面磨损严重。这一情况在机车解体过程中得到了验证，多数抱轴瓦存在一定的端面磨损。比如某车B节3位牵引电机轴承压盖螺栓在同侧断裂2条，查找该位电机对应的抱轴瓦检查测量，其大端凸台厚度23.5mm（原形25mm），单侧磨耗达1.5mm，两侧磨耗之和约2.3mm。抱住瓦的端面磨损主要和机车运行的线路区段、运行速度有关，线路曲线多、机车运行速度快抱轴瓦端面磨耗则加剧。

牵引电机电枢轴组装窜动量变大。牵引电机电枢轴组装窜动量决定于齿轮啮合间隙、左右齿轮相位角偏差、左右齿轮间距等。随着齿轮齿面磨损、抱轴瓦磨耗齿轮啮合间隙增大，牵引电机电枢轴组装窜动量增大；齿轮相位角在齿轮过盈量正常的情况下不会发生变化。

总的来看，螺栓的紧固力矩、抱轴承的轴向间隙、电枢轴组装间隙都对牵引电机轴承压盖螺栓的断裂有着较大的影响。

3.预防措施

根据上述影响因素分析，制定预防牵引电机轴承压盖螺栓断裂措施如下：

3.1 采用力矩扳手进行螺栓紧固，保证压盖各螺栓预紧力均匀；建议采用8.8级A级螺栓（优选滚制螺纹）。

3.2在条件允许的情况下，对牵引电机轴承压盖螺栓进行扩孔改造，选用8.8级M16×30螺栓，提高螺栓承载能力。

3.3 抱轴承轴向间隙在检修过程中尽量取下限值，通过对抱轴瓦端部进行焊修，以保证抱轴承轴向间隙。

3.4 大中修组装过程中控制电枢轴组装窜动量及齿轮啮合间隙，将齿轮啮合间隙控制在1.5mm以内。

4. 结束语

造成牵引电机轴承压盖螺栓断裂的影响因素众多，通过对现场执行上述预防措施，牵引电机轴承压盖螺栓断裂的故障得到了有效的控制。

参考文献：

［1］．张有松.朱龙驹.韶山4型电力机车.北京：中国铁道出版社.2008

［2］．中华人民共和国铁道部.韶山4型电力机车段修规程.北京:中国铁道出版社.2004

［3］．宋斌. J F240D型牵引电机轴承端盖固定螺栓断裂的原因及对策.铁道机车车辆工人.第3期2011年3月