（一）轴承装配问题

在地铁车辆上，套在轴颈上联结轮对和转向架构架的部件，简称轴箱装置。其作用是把车体重量和载荷传递给轮对，润滑轴颈，减少摩擦，降低运行阻力。

轴箱装置按所采用的轴承类型分为滑动轴承轴箱装置和滚动轴承轴箱装置两类。目前滚动轴承轴箱装置，已逐步取代滑动轴承轴箱装置。因为与滑动轴承轴箱装置相比，滚动轴承轴箱装置可使车辆运行阻力降低10%左右，启动阻力降低80%以上，不仅可以节约动力消耗，提高运行速度，还可提高列车牵引质量，因而得到广泛使用。

滚动轴承轴箱装置通常由轴箱体、前后轴箱盖、滚动轴承、密封装置及其他零件组成，如图6.3所示。

图6.3　轴箱装配

1—后盖；2—防尘圈；3—轴承；4—压盖；5—端盖；6—轴箱体

滚动轴承作为轴箱装置的最重要部分，国内地铁车辆主要采用3种轴箱轴承型式，分别是圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、鼓型滚子轴承。其中，圆锥滚子轴承主要用于支持同一方向的水平负载及径向负载；鼓形滚子轴承主要用于承载高径向冲击负荷；而圆柱形滚子轴承的转速大、承载力强，且结构简单，便于维修和组装，故目前轨道行业轴箱轴承多采用该种形式。

列车在正线运营时，一旦轴箱轴承发生故障，轻则造成区间堵塞，重则可能导致发生燃轴、切轴等重大事故，后果相当严重，因此轴箱轴承对地铁的安全运营起着举足轻重的作用。有效预防和减少轴承故障的发生，做好列车的合理检修和科学管理，保证地铁列车轴箱轴承质量的有序可控具有重要意义。

（二）轴箱轴承的失效形式

轴箱轴承由于长期处于高负荷状态，其故障来源主要是因疲劳而导致的轴承损伤，具体如下所述。

（1）点蚀

轴承工作时，滚动体和内、外套圈之间产生相对运动，在负荷作用下，滚动体和内、外套圈的接触处产生循环变化的接触疲劳应力。长期工作会产生点蚀破坏，使轴承运转时产生振动、噪声，乃至丧失运转精度。

（2）塑性变形

在过大的冲击负荷或静负荷下，滚道和滚动体会出现不均匀的永久塑性变形凹坑，增大摩擦，降低运转精度。

（3）磨损

在多粉尘或润滑不良的条件下，滚动体和套圈的工作面产生磨损。速度过高时还会出现胶合、表面发热甚至滚动体回火。其他还有因安装、拆卸、维护不当引起的元件断裂、锈蚀、化学腐蚀等。

（三）轴箱轴承故障表现

轴箱轴承在使用过程中，常见损伤有内外圈和滚动体裂纹、剥离、异常磨损，保持架裂损，润滑脂掺杂机械杂质等。

（1）保持架断裂

保持架裂损一般为小横梁与端环相交位置出现裂纹、裂折，严重时还会出现破碎现象。当保持架出现破损之后，会导致滚子失去定位，同时破坏轴承的正常承载状态。由于保持架所选用的材质比较软，破损之后还会发生不同程度的磨损，而且磨下来的粉末会被混入轴承脂中，导致轴承脂的润滑效果受到破坏。与此同时，当保持架出现破碎之后，在轴承高速运转过程中还会将碎块甩至后盖或轴承端，导致橡胶圈受到破坏，使油脂从轴承后盖或轴承端盖与轴箱体接合面的缝隙中甩出，诱发严重的甩油现象。

（2）滚子破损

当轴箱轴承中的滚子出现破损之后，会导致其碎屑碎块混入滚道中，从而出现较为严重的滚子卡滞现象，使轴承的滚动状态被破坏，诱发轴箱轴承故障，进而影响车辆的正常运行。

（四）轴箱轴承的故障调查

下面举例，轴箱轴承发生故障后应如何进行调查及分析，请为列车检修工在日常工作中处理复杂故障问题提供借鉴思路。

某地铁轴箱轴承采用某知名公司生产的双列圆柱滚子轴承，该轴承在使用到45万千米（约3年多）时，发生了轴承异常振动、异响严重等问题，随后展开全面排查又发现其他故障，下面将对该故障进行深入调查及剖析。

（1）发现故障

1）正线运行跟踪

车辆正线运行时，故障轴箱出现周期性振动和异响，随着车辆运行速度频率升高或降低。

2）库内开盖检查油脂

在库内将疑似轴箱开盖检查，发现靠轴端部轴承侧面渗出大量黑色油脂，且油脂硬化呈块状，与其他位置对比差异明显。同时现场对渗出油脂进行称重，质量达到25 g，接近厂家给出的保证轴承正常运行的最大渗出量，如图6.4所示。

3）跑合试验

使用不落轮镟床对故障轮对进行跑合试验45 min，发现故障轴箱振动很大，内部伴有明显滚珠撞击声音，同时使用红外测温仪进行轴箱点温，故障轴箱端相对另一侧升温12℃。

4）轴箱拆解

继而对故障轴箱轴承拆解，发现内部保持架完全断裂，如图6.5所示。

图6.4　硬化黑色油脂

图6.5　轴承保持架完全断裂

（2）排查统计

鉴于上述发现首起轴箱轴承故障，后续现场加大了对轴箱状态盯控，又发现了几起同类故障，其内部轴承保持架均有不同程度的损坏，保持架重则断裂轻则磨损。统计运行里程均发生在45万千米左右。

（3）故障轴承拆解检验

1）外观检查

发现轴承其中一侧防尘盖内油脂稀少、缺失，大部润滑脂聚集于另一侧防尘盖处。保持架过梁完全碎裂，内锁口磨损严重；轴承内外圈滚道、滚动体工作表面变色，局部有擦痕，如图6.6—图6.9所示。

再结合前面所称渗出油脂质量，可知故障轴承已完全处于润滑不良，工作温度异常的运行工况下，轴承内部部件处于干磨情况。

2）尺寸检验

根据轴承厂家提供的轴承设计尺寸，对轴承零件工作表面进行尺寸、圆度、轮廓、粗糙度试验，判断轴承是否存在变形、异常磨损等状况。经检查，上述尺寸均无异常。

3）润滑脂元素分析(www.daowen.com)

对润滑脂进行X射线荧光元素分析，结果润滑脂含有较多的铁元素，含量异常。这与之前外观检查发现的轴承内部润滑脂分布不均及轴承表面有擦伤有一定关系，由于润滑不良或存在异常磨损，导致铁元素逸散至润滑脂中。

图6.6　保持架过梁完全碎裂

图6.7　保持架内锁口磨损严重

图6.8　滚道变色、擦伤

图6.9　滚动体变色、擦伤

4）保持架材料检验

使用红外光谱图分析，保持架材料的主成分为脂肪族聚酰胺类，测其熔点为262.6℃，材料的主成分为尼龙66，这与轴承厂家提供的材料成分一致。如遇到轴承内部润滑不良，工作异常，极有可能导致保持架发生热变形，造成材料老化。

（五）轴箱轴承的故障原因分析

通过上述调查结果分析可知，在轴承故障发生时，故障现象主要体现在异常振动、温度抬升、异响加大、油脂泄漏等方面，而轴承本身状态变化为内部油脂变少、保持架断裂失效、滚柱滚道擦伤等，这三者关系也是相互影响的，任何一种状态变化均会导致其他两种状态伴随变化。

根据轴承拆解情况，分析造成轴承该类故障的主要原因如下所述。

（1）油脂泄漏或添加不足，导致润滑不良

通过观察滚子工作表面的运转磨损痕迹后可以看出，大部分滚子工作表面均存在两个明显的磨损痕迹，其间距与保持架内锁口间距基本吻合，故此推测保持架与滚子之间可能存在润滑不良，这种润滑不良将导致保持架内锁口的严重磨损。

（2）尺寸加工精度误差，导致异常冲击

如果保持架内锁口注塑尺寸存在误差，会导致滚子与过梁之间产生磨损与冲击，致使滚子与保持架之间的间距增大，在轴承加速或减速的过程中，滚子对保持架的冲击力也将增加，从而撞击保持架发生断裂。

（3）保持架材质强度不够，抗冲击能力差

正常运转时，滚子与过梁之间配合留有微小的间隙，会出现适量的冲击。而当运行里程增加，由于磨损导致微小间隙增大，加之正线加速或减速振动，该冲击力会逐渐增大，致使间距逐步增大，此时当冲击力达到保持架强度的上限，就会撞击保持架发生断裂。

（4）组装不良出现损伤，导致后续运用故障

轴承安装轴端时需要对轴承进行整体压装，要求压装面与轴向方向保持垂直，压装进程要符合设计要求。若压装工作调教不到位导致压装面与轴向方向垂直度偏差，或压装进程过大造成过压装，都将对轴承内部造成损伤，在后续使用中抗冲击能力变弱，故障率升高。

（5）投入运转中的异常振动

车辆轮对在正线运行时受外部环境影响，会出现多种工况的振动，如轨道平直度、道岔过渡质量以及轮对径向跳动偏差等。车辆在行驶过程中如受到异常振动，通过车轮将振动传递给对轴承，当轴承存在振动时，滚子与保持架过梁之间发生撞击，这种撞击同样也会导致保持架发生断裂。

（六）轴箱轴承的预防措施

（1）轴承故障变化规律

众所周知，所有设备机械部件发生故障都不是一朝一夕发生的，而是经过长时间累积，细微缺陷（裂纹、磨损）达到破坏限度就会造成严重的后果，它是一个由量变到质变的过程。轴承故障也是一样，如图6.10所示，当轴承发生故障时，首先表现在运转时振动加剧，此时轴承内部保持架与滚子配合出现异常间隙，活动空间逐渐增大，滚子对保持架冲击增大，轴承状态进入报警区域，将持续一段时间；随后，由于轴承内部结构出现一定程度的破坏，内部冲击变大，运转中逐渐出现异常噪声，机械配合此时发生异常磨损；机械部件异常磨损又会导致轴承温度上升，轴承体发热，内部润滑油由于温度上升出现变干现象，润滑性能下降，反过来影响润滑质量，最终恶性循环导致直接失效。

图6.10　轴承状态监测变化图

（2）预防措施

由上述所述原理可知，预防轴承故障重点要从振动、噪声、发热方面着手进行监控，尤其从报警周期初期（即振动开始）至发热这个阶段是最好的防范阶段，该阶段如能有效地监控发现，则可有效避免较大问题的发生。

针对轴箱轴承故障，人们可以采取多项预防措施，确保地铁列车能够安全可靠地运营，具体措施如下所述。

1）轴箱轴承装车之前

需重点对轴箱轴承来料质量、组装工艺过程、工装设备状态、质量把控以及操作人员资质等环节进行核实，确保整个过程符合规定要求，从而保证产品质量。

2）轴箱轴承装车之后

①定期正线动态巡查。能够切身感受车辆是否存在振动和异响。

②轮对数据精准测量。重视轮对径向跳动数值，由于轮对径向跳动也会导致该现象，车轮在材质偏软以及异常磨耗等情况下，车轮踏面圆周方向将发生不均匀磨耗，影响车轮踏面径向跳动值，在径向跳动值达到一定值时，相当于车辆重心在垂直方向上下运行往复振动，振幅或振动频率达到一定值时，将发生振动异常，影响车辆运行品质。同时过大的径向跳动值是造成轮对动平衡超差的主要原因，而轮对动不平衡值是车辆运行平稳性的一个重要指标，《机-车辆用轮对供货技术条件——公差和安装》（UIC 813—2003）规定了车轮踏面的径向跳动和轮对动态不平衡数值，见表6.2。

表6.2　车轮踏面径向跳动和轮对动态不平衡值（UIC 813—2003）

故发现走形部振动异常或异响时，首先通过不落轮镟床测量轮对尺寸，因轮对尺寸相关数据超差造成异响，则应对轮对进行镟修。

③实行库内接车听音。安排相关人员在库内进行接送车听音方式对疑似轴承故障跟踪确认，尤其是出现滚柱碰撞的金属声需要特殊盯控。

④回库停车点温。长期对所有车辆轴箱采取点温并记录，通过对轴箱温度差异进行分析，做好故障排查，对出现轴箱温差超过限值的车辆进行重点跟踪。

⑤库内开盖检查。通过上述①、②、③、④步骤后，确认为轴承疑似问题后，采取打开轴箱端盖，检查油脂泄漏量和硬化程度，并在库内进行A-B端动车和厂家反复进行确认。

⑥更换故障轴承。如最终确认为轴承处存在异响问题，应及时对故障轴承退卸、拆解并更换新件，全面保障正线运营质量。与此同时要求厂家调查原因。

此外，还可利用专业监测设备进行轴箱轴承的状态监测（如离线监测设备有动平衡仪、测振仪、测温仪和噪声测量仪等）。在车辆运行过程中，对其进行定期（或连续）的监测和故障诊断，判定其所处的状态，以及轴承状态未来的发展趋势。基于此制订维修计划，确定其应修理的时间、内容和方式。

（七）轴承问题排查及处理小结

通过对轴箱轴承结构型式、失效及表现、故障调查分析，梳理出导致轴箱轴承故障的可能原因。可能原因包含产品质量、安装工艺、使用环境等方面，将故障原因和故障变化规律结合起来；检查处理从盯控振动、噪声、发热等因素变化来提前预防的思路，从装车前产品检验和生产制造，到装车后正线使用以及日常维保跟踪提出轴承故障应对的系统性方案。