高速铁路轴箱轴承润滑脂特性试验研究

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1、高速铁路轴箱轴承润滑脂特性试验研究第1章绪论1.1选题依据及研究意义高速铁路是指新建铁营运速度250km/h以上或改建铁路营运速度200km/h以上的铁路系统[1]。轴箱轴承作为高速铁路走行传动装置的重要组成部分，其作用是将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；其性能直接关系到高速铁路轴箱的可靠性[2-5]。近年来，随着对高速铁路轴箱轴承结构设计，制造工艺，材料化学成分和冶炼方法方面研究不断深入，润滑技术成为影响其寿命和可靠性的主要因素[6-8]。润滑技术是通过在摩擦表面间施加润滑油脂而形成润滑膜，藉以避免摩擦表面直接接触，构建具有较高法向承载能力和尽可能低切

2、向阻力的界面层，达到减少摩擦磨损的目的[9,10]，润滑油膜还具有散热、除锈、减振和降噪等作用，润滑技术包括润滑材料和润滑方式。国内外许多轴承设计和制造专家及学者都认为润滑材料是轴承除内、外圈，滚动体和保持架外的第五部件[11]，当前国际上正在研究的滚动轴承润滑材料除了传统的油脂外，还有新型的固体、水基、气体以及磁场等，润滑材料正在向绿色润滑和纳米润滑方向发展[12-14]。根据润滑剂供给轴承时的外观状态将润滑方式分为脂润滑方式和油润滑方式[15]。轴承润滑方式和润滑剂的选择是一个综合性的判断过程，要做出对轴承的合理润滑，必须从机械结构、轴承安装的部位、轴承载荷以及具体生产环境等因

3、素进行综合考虑[16,17]。由于高速铁路轴箱机械结构的限制，高速铁路轴箱轴承采用脂润滑。我国现阶段高速铁路轴箱轴承填充的润滑脂是由国外生产厂商封装，而我国使用的铁道车辆滚动轴承Ⅳ型润滑脂在高速铁路客车速度要求方面未进行相关验证[18]。1.2高速铁路轴箱轴承润滑脂研究现状1.2.1润滑脂发展概述目前，80%的滚动轴承采用润滑脂润滑，润滑脂基本作用是润滑和防护。润滑脂包括：基础油、稠化剂和添加剂[28,29]。公元前，在我国和古埃及已有使用动物油脂润滑双轮战车的记录。18世纪末，随着瓦特蒸汽机的发明和使用，人类进入工业革命时期。轴承的负荷、转速和温度大幅提高，为了减少磨损，降低摩擦

4、系数，提高机械功效，Partridge于1835年研制了用橄榄油或动物油脂制成的钙基润滑脂。1845年，Raecz研制出以石油产品为基础油的润滑脂。自此，润滑脂的研究和生产迅速发展，19世纪70年代至20世纪20年代，出现了钙基润滑脂、钠基润滑脂、铝基润滑脂；20世纪30、40年代，研制了钡基润滑脂和锂基润滑脂[30]。现代，为了满足宽温度范围和高转速使用要求的润滑，研制了合成润滑脂、有机润滑脂等。建设环境友好型和资源节约型社会的目标对润滑脂研究、生产和应用提出了更高要求。合理选用性能优良、功耗小的润滑脂产品以及研制环境友好型润滑脂，减少摩擦，节约能源，对我国经济的又好又快发展具有

5、重要意义。综上所述，润滑脂产品产量虽然在石油产品中仅占万分之几，却是国民经济各部门必不可少，具有高附加值的一类产品。第2章试验设计与分析方法2.1润滑脂和纳米颗粒的选择轴箱轴承是高铁动车组走行传动装置中的重要组成部分,而轴箱轴承的润滑方式采用脂润滑，脂润滑的性能直接关系到高铁动车组轴箱传动的可靠性。随着对高铁动车组轴箱轴承在结构设计、制造工艺、材料化学成分以及冶炼方法方面的研究不断深入，选用润滑脂成为轴箱轴承的首要问题，因此选用的润滑脂直接影响到轴箱的使用寿命和其传动的可靠性。纳米颗粒在一定程度上可改善润滑脂的抗磨减摩性能、极压性能、抗氧化性能、防腐蚀性能和机械安定性，其前提条件是

6、合适的基础润滑脂和纳米颗粒的配合。因此，基础脂和纳米颗粒的选择共同决定纳米润滑脂是否满足EN12081标准。目前，关于轴箱轴承润滑脂的选择并无相应的完整试验体系，只是根据润滑脂的理化指标，或是根据实践经验来进行判断。润滑脂由于其组成成分的各异性以及网格结构的复杂性，采用润滑脂理化指标作为高铁动车组轴箱轴承润滑脂的选用标准，可以减小各国工业体系的差异性和人为因素的不可控等不利因素。润滑脂的滴点温度、基础油粘度、锥入度、速度系数、润滑性能五个指标对润滑脂性能影响较大，由于速铁路轴箱轴承的DmN值小于4.0105,属于中低速范围，在此不予考虑。因此，在初选润滑脂时，只对润滑脂其余的四个理

7、化指标进行重点测试。2.2完全析因试验方案完全析因试验，简称析因试验，是将所研究的影响因素按全部因素的所有水平的一切组合逐次进行试验的试验设计方法，析因试验时研究两个或多个因素效应的有效方法。析因试验主要适用于新产品开发、生产工艺改进和安装服务，通过较少的试验次数找到最优因素组合，达到改良的目的。润滑脂极压性能是润滑脂润滑性能的主要指标，润滑脂极压性能直接反映润滑脂油膜强度，是润滑脂满足使用环境载荷要求的直接体现。润滑脂极压性能常用的测试方式是采用四球机法测量润滑脂的