李进泽(中国南车株洲电机有限公司，湖南株洲412001)
    摘要：对于结构简单、维护量少的铁路机车异步牵引电动机来说，作为其关键部件之一的轴承往往是其中的一个薄弱点，其运转情况的好坏在很大程度卜直接影响异步牵引电动机的运行可靠性。因此．在电机设计时，必须合理设计其轴承结构，包括选择合适的轴承、设计正确的润滑系统和可靠的密封结构等。
　　关键词：铁路机车；异步牵引电动机；轴承结构
    中图分类号：‘rM 343  文献标志码：A  文章编号：1673-540(201O)09—0008_04
0  引  言
    三相交流传动机车首先必须满足的要求是对于铁路重载货运机车能连续产生较大的牵引力一对于铁路高速客运机车，一级齿轮传动装置能得到较高的机车速度，因此要求铁路机车异步牵引电动机转矩要大、转速要高；另一方面由于受到铁路机车车轮直径、两车轮内侧距离和机车下部限界的限制，要求异步牵引电动机体型相对越来越小；同时，逆变器供电又会造成异步牵引电动机轴承强振动、高温升、轴承电蚀等不利影响：
　　因此，异步牵引电动机设计时，必须充分考虑其轴承经常需承受高转速、高负荷、高温升、强振动等苛刻运行条件的特殊性，有针对性地设汁轴承结构，并采取相应措施。
1  轴承类型及其布置
     为简化结构，降低成本，铁路机车牵引电机。般尽可能地采用单侧传动，通常采用两轴承结构(见图1)，传动端采用较大的Nu型圆柱滚子轴承作为非定位轴承，仅承受径向负荷；非传动端采用定位轴承，除承受径向负荷外，还承担电机轴的轴向定位和轴向负荷，一般采用NH型、NuP型、NuH型圆柱滚子轴承，或向心球轴承，还可采用组合结构(见图2，TGV异步牵引电机轴承结构)。

　　采用人字形小齿轮时，人字齿轮L!．轴向定位，两端轴承必须都为非定位轴承，如IcE动车异步牵引电机BAZ7096。
2  轴承转速
     异步牵引电动机轴承选择除考虑轴承的受力负荷外，还要着重考虑高转速和轴承电蚀这两个不利凶素。
　　异步牵引电动机转速的限制除取决于其自身(主要是转子)的强度和刚度外，还在很大程度上取决于逆变器所能提供的****频率及轴承的许用速度。
　　一般异步牵引电动机的****转速都比较高，不少都高于轴承样本中所列的极限转速(特别是传动端)，如BRl20机车异步牵引电机****工作转速(4 500 r／m_n)为其传动端轴承(Nu322)脂润滑的极限转速(轴承样本推荐2 000 r／mIn)的2倍多，超过该轴承油润滑的极限转速(2 600 r／min)的70％，也超过非传动端轴承(NJ318带角环HJ318)脂润滑时的极限转速(2 800 r／mln)的60％。
　　因此，电机设计时，要按轴承承载能力和极限转速问的****结合来选择轴承，既要有足够的动态承载系数，又要有较高的极限转速。应尽可能地选用尺寸较小，且极限转速较高的中系列，甚至轻系列轴承(如日本300系异步牵引电动机采用Nu214和6311)，以减小dⅣ值(dⅣ=轴承平均直径×转速)。
　　另外，呵通过采取其他一些改进措施提高轴承的许用转速，如改变润滑方式(采用油润滑，可使轴承的额定转速比脂润滑时提高15％～25％)、提高轴承精度(一般采用P6)、适当选用较大游隙的轴承(如c3、c4)：
3  轴承温升
      一方面，新型耐高温绝缘材料的出现使得异步牵引电动机的绝缘等级越来越高(如H级、200级)，使得电机的许用温升越来越高。另一方面，由于高次谐波电流在转子导条中集肤效应明显，可在转子绕组中产生达10％～38％的额外发热；加卜系统控制的需要，往往要求异步牵引电动机具有较高的转差率(对并联供电的逆变器系统而言，一般为1％～3％)，火大增加r转子的发热，使转子工作温度可高达200～300，如蓝剑动力车异步牵引电动机(4FHA7056c)，试验时其转子温升就高达186 3 K(环境温度28 7){3}转子大量热量会以热传导的方式从转轴上迅速传到与其邻近的轴承，同时还有来自定子(如4FHA’7056(：电机定子温升157 4 K。)、转子的大量辐射热会通过轴承周围的热空气辐射传到轴承上，加』_‘轴承自身高负荷、高转速产生的大量摩擦热，使得轴承的运行温升非常高，如4FHA7056c电机轴承温度达97 l，有时甚至超过100：凶此，异步牵引电机轴承温升限值大多已提高到了80 K：
4  轴承电蚀
   由于电机内的磁路不对称、不对称的非屏蔽电缆敷设、快速切换的逆变器，以及它们的共式电压会在电机中形成轴承电流，并在轴承中产生电蚀(使轴承滚动面变得粗糙，象洗衣板一样，如图3所示)，使轴承过早损坏：前两种来源对工频电源和逆变器供电电机来说都是潜在的风险。最后一种来源只存在于逆变器供电的电机中，其产‘生的高频轴接地电流、高频循环电流、电容性放电电流会增大轴承电蚀损坏的危险。

    因此，要摊高异步牵引电动机轴承的寿命，就必须减小或阻隔流过轴承的电流，防止轴承电蚀，通常的有效方法是采用绝缘轴承(陶瓷或PPS树脂绝缘轴承)。如图4所示，采用轴承外圈滚道面绝缘处理，也有采用轴承内圈轨道面或滚动体绝缘处理的。

　　
5轴承润滑及密封
     xJ-T-高转速的异步牵引电动机轴承来说，特别是传动端因采用承受较高径向负荷、较大尺寸的轴承，该端轴承速度因数dm_v值就较高：但一般如dmⅣ值超过600 000时就不宦采用脂润滑，需采用油润滑。采用油润滑后，一方丽，可使轴承的额定转速比脂润滑时提高15～25：另一方研，可通过减小小齿轮与传动端轴承之间的距离，减小了小齿轮的悬垂影响，减小轴承径向负荷，因此就可使用尺寸更小的、具有更高额定转速的轴承。
　　对于非传动端轴承来说，因其负荷小而采用尺寸较小的轴承，一般仍可采用脂润滑。
5.1油润滑
     一般，传动端轴承油润滑时采用循环油润滑，旋转的齿轮将齿轮油飞溅到齿轮箱壁，由齿轮箱壁集油沟汇集后，流人电机进油口，然后进入轴承，流过轴承后，从里端的油密封件回油槽流回齿轮箱。这时要求在轴承和转子之间有一个有效阻隔油流的密封结构。
5．1 1润滑方式
     润滑油起两个作用：一是形成并维持弹性的流体动压油膜；二是起冷却作用，将轴承滚动体摩擦产生的热量带走。维持适宜的油膜所需润滑油比较少，但要起冷却作用则必须供给大量润滑油。
　　一般宜采用小的进油量，低的润滑油液面或仅使润滑油流过轴承，另外，轴承结构还必须便于排油，不可使大量润滑油存积在轴承内，否则，会因过多的润滑油搅拌产生流体摩擦发热而进一步提高油温，过多的润滑油被搅拌起来后更会增加密封的难度(特别是高速时)。但为有效防止急加速及起动时轴承供油不足而磨损轴承，也可设置储油槽，以便轴承内的润滑油始终能维持在．个较低的液面高度，使轴承类似处于油浴润滑的状态(可以说是微小油浴状态)。
　　一般，运行中采用中等粘度的润滑油，如ICE动力车采用Optigear 220齿轮油，E120机车润滑油为ISO VG320 CLP齿轮油.但在试验台上空转运行时，宜采用高粘度的润滑油，如粘度400。
5 l 2密封
    由f油润滑的异步牵引电动机一般转速高，其密封处的圆周速度远高于接触密封接触处的圆周速度限值(一般不超过4～5 m／s)，所以应采用非接触式密封方式。经常采用迷宫密封、问隙密封、离心密封等数种方式组合成的混合密封结构：
　　异步牵引电动机密封结构没计时，应充分利用流体****阻力原理。