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浅析汽车水泵轴承的装配设计及工艺研究

发布时间:2020-01-16
李乐 韩晓莹
(河南省西峡汽车水泵股份有限公司,河南南阳 474500)
  摘 要:近年来我国汽车飞速发展,设计水平及产量不断提升,汽车水泵轴承装配设计及工艺影响轴承寿命,合理降低成本,提升整车稳定性。本文就汽车水泵轴承的装配设计及工艺进行研究,提出几点提升建议。
  关键词:汽车水泵;轴承;装配设计;工艺
  0 引言
  我国汽车行业发展迅速,对产量及质量要求逐渐提升,同时也对汽车水泵轴承设计及工艺要求也不断提升,我国汽车水泵轴承在设计过程中多以模仿为主,对装配设计标准没有统一,内部结构差异较大。注重汽车水泵轴承的装配设计及工艺提升,科学构建内部结构,加强强度、温度及寿命的参数管控,提升承载能力,减少摩擦现象,合理降低成本,善于运用压装机进行装配,设计合理的夹具实现轴承的安装。汽车水泵轴承装配设计及工艺,是合理延长轴承寿命的关键,能够为汽车的冷却系统提供可靠动力,提高整车稳定性。
  1 汽车水泵轴承的装配设计及工艺研究的重要性
  近年来我国汽车行业向大功率及高功率方向发展力度较大,为汽车水泵轴承提出新的要求,需要具有较高的耐热、密封、寿命较长等特性需求,合理装配设计及工艺应用能够为系统运行提供可靠保障。随着新型结构应用,轴连轴承结构逐渐被广泛应用,在美国、德国、日本等国家应经广泛采用,我国近年来也重视对其规范化发展及研究,为汽车水泵轴承装配设计及工艺提升提供可靠的基础保障。通过水泵轴承的应用降低发动机燃料燃烧、能量推动曲轴连杆机构等运动造成的发动机温度迅速升高问题,保证发动机内部零件机械性及磨损问题的有效控制,使发动机正常运行。水泵为汽车的冷却系统提供可靠的动力,通过轴承带动叶轮旋转为冷却液获得压力和速度,实现冷却系统流道的输送,保障系统的有效运行。泵体、叶轮、轴承、水封及带轮等组成汽车水泵,面对运行过程中高温、高湿等恶劣的环境,水泵的装配设计及工艺需求更高,作为精密的机械零件,在装配及工艺流程中,注重对轴承及其周围零件的管理,对机械加工的伤痕、毛刺等问题进行更换,在安装过程中必须具有较为精密的工具,保证主轴、内孔的一致性,保证汽车水泵的健康运行。
  2 汽车水泵轴承装配设计
  2.1水泵轴承性能分析
  汽车水泵结构较为紧凑,其工作环境较为恶劣,对设备的稳定及寿命要求较高,尤其是装配设计环节,必须与现实相结合,使水泵轴承处于最佳运转状态,减少摩擦损耗、温度升高等问题,合理提升轴承的使用寿命。汽车冷水泵由壳体、皮带轮、轴承、水封、叶轮、冷却风扇以及其他传动件共同组成,轴承在运转过程中一端受到皮带转动产生径向力而另一端则与叶轮旋转产生不平衡力,而水泵轴承作为非标准轴组装性能较好,能够满足运行需求,降低游隙调整空间,实现整车冷却系统运行。在汽车水泵运行过程中水泵的转速高,轴承需具有较高的承载能力,防止联轴器偏心质量引起离心力以及冷却水进入机械密封环等问题,在运行过程中,水泵空间较为有限,运行温度、湿度以及粉尘较多,保障密封性就耐久性,轴承需要在调教较为恶劣情况下运行。在装配过程中还需要精细度较高的压装机与压装工艺,为轴承装配提供可靠保障。
  2.2注重水泵轴承承载力的装配设计
  由于内部空间受限,水泵轴承结构以滚子和球两列滚动体检的距离控制为主。在汽车水泵结构中轴承在内轴上开沟槽,在设计过程中要注重轴承寿命,球列和滚子列上进行额定动载荷和当量在和的分别计算,保证运行耐久性需求。汽车水泵轴承中轴连轴承技术已经在国外标准化推行,我国相关企业同时也注重这一信息,及时开发不同的产品,在裝配设计过程中要注重积极引进产品及技术,合理提升设计开发成本控制能力,注重延长轴承寿命,保证系统的有效运行。在汽车水泵轴承中一列滚子一列球结构则适用于较大径向载荷系数较大的场合,目前主要以双列球结构适用于径向载荷系数较小的系统,轴承外径尺寸及皮带轮的加载位置、两列球之间的距离影响轴承的承载力。汽车在行驶过程中冷却水一般维持在60-80度之间,水泵轴承以风扇转动产生的轴向力以及转动阻力矩为主,带轮上具有皮带拉力,水泵叶轮产生轴向力、径向力以及转动阻力矩内容,两列滚子的径向和轴向反力,各零部件均有重量,对汽车水泵轴承受力受到影响,在设计过程中必须考虑相关内容,根据不同力的计算,制定符合水泵轴承所需承载力,保障水泵轴承寿命稳定。
  2.3加强汽车水泵轴承密封圈设计
  在汽车水泵轴承装配设计中也要考虑水泵的密封圈设计,汽车水泵结构中防止水、油沁入,降低系统寿命。水泵轴承密封圈一般由金属骨架增加结构的刚性,以橡胶作为密封圈主体,加强与外圈牙口的配合度,合理采用密封结构,保障在水环境下发生漏脂及水进入轴承内腔问题,合理控制轴与密封的接触产生过盈量控制不足,产生摩擦生热、密封性不足等问题,且轴承表面存在微凸问题,必须在装配设计中要注重对轴与密封圈接触表面的疲劳,合理制定接触表面周期性的交变应力及其分布,结合疲劳寿命理论延长轴承密封圈的有效寿命。
  3 汽车水泵轴承装配工艺
  汽车水泵轴承装配工艺是影响轴承寿命周期的主要因素之一,通过多年的研究及发展,轴承装配工艺不断提升,压装机应用逐渐成为主流,并不断提升压装机的精密度,保证轴承的平衡运行。在轴承的装配过程中需要将轴向中心线与装配孔保持一致,一旦出现轴承装配不平衡,对压装倾斜造成钢球的载荷,容易出现滚道轨迹偏离,油脂搅拌及保持架出现额外应力加剧,造成轴承温度过高及钢球当量载荷增大,均对轴承的使用寿命长短带来影响。水泵轴承与泵体的过盈配合中使用压力机进行压装,在压装过程中一般有液压与气压力机两种,并具有压力监控设备,对压桩过程中超出设定的范围将进行报警,对压装过硬量过大、轴承在压装过程中倾斜以及其他问题进行及时掌握,但由于压力范围较大,不能够实现精密的可控性,容易造成偏差且不容易发觉。水泵轴连轴承作为精密元件在装备之间必须对外壳、法兰、叶轮、水封进行检查,确认轴承是否有加工的伤痕、毛刺、切削等质量问题,防止在安装过程中将安装力作用在滚动球体上,合理采用机械压力进行压入,辅助工具的应用对内孔与主轴进行一致性调节,保证功能配合,对水泵轴承与法兰过盈量进行合理设计及安装,满足结构的承载及强度要求,减少接触区两端边缘应力过于集中现象,设定合理的过盈量,可采用在应力集中处采取倒角或倒圆弧等方法,提高结构的强度,保证运行需求。
  轴承在安装之前必须检查轴与外壳的配合表面、沟槽以及连接表面的加工质量,对配合连接表面进行必要的清洗,且需要在干燥及清洁的环境下进行安装。轴承所用润滑油也要注重选择,应选择无杂质、抗氧化、防锈等性能较好的润滑脂,合理的填充量填充到轴承内,对带密封结构的双列滚子轴承和水泵轴连轴承已经填充好的润滑脂不可进行清洗,可直接进行使用。
  在汽车水泵轴承装配工艺中轴承压装是设计的要点,合理运用压装技术,保证轴承的受力平衡,降低摩擦,合理提升轴承寿命。汽车水泵轴承的设计寿命要求在五千小时以上,在轴承压装之前,泵体需首先加热到一百摄氏度满足轴孔热涨内经增加需求,增加轴承的拉脱力可采用涂胶方法,降低压装力,对泵体壁厚容易出现壳体变形、压裂情况,可采用轴承孔壁作为支撑,方便压装调试,强化压装的精细度及压力准,保障压装深浅强度精准定位,保障压力大小在要求范围内。注重压装机的参数设定,确保正确的压装数据,避免在测试中出现偏差,提升压装机的有效性,为轴承投入运行提供可靠保障。在压装过程中可采用夹具导引,并注重压装导套与定位块的距离,防范因同轴度过大或过小、导套与轴承内轴间隙与軸承长度向匹配,防止出现压装倾斜、钢球磨损等现象出现,对压装的压力、速度及时间进行深入管控,对轴承的定位精度及导向精度要着重把握。在安装后要进行旋转试验,以动力进行无负荷或低速运转方式进行,若无异常视运行情况进行缓慢提升旋转速度及负荷,对产生的噪音、振动及温度升高现象进行监测,一旦出现异常立即停止运转,进行检查后方可进行正常使用。
  4 结束
  汽车水泵轴承装配设计及工艺涉及轴承的使用寿命,为汽车冷却系统提供可靠的保障,在装配设计中注重对轴承的承载力与密封性设计,保障运行的有效性,在装配工艺中注重压装的过程控制,保障轴与装配孔的平衡装配,为钢球的运行提供保障。在汽车技术水平不断提升的现在,水泵作为冷却系统的关键,发挥着稳定及延长发动机的作用,轴承作为水泵的薄弱环节不仅需要在设计过程中进行提升,还要从工艺方法上提升寿命与耐性,实现水泵轴承的健康平稳运行,为冷却系统提供可靠保障。随着我国汽车行业的不断发展,合理装配设计及工艺提升汽车水泵轴承寿命有效延长,在结构设计过程中注重各项参数的科学性,工艺方面提升安装精确程度,为冷却系统运行提供可靠保障,维持汽车发动机的平稳运行,为行业发展提供可靠保障。
  参考文献:
  [1]汽车水泵轴承动力学性能、热学性能与疲劳寿命计算方法研究[D].华东理工大学,2013.
  [2]李兴林,王成焘,曹茂来等.汽车水泵轴连轴承密封性能试验分析[J].轴承,2000(06):33-35.
  [3]解芳,刘明星,冯长虹等.汽车水泵轴连轴承与法兰合理过盈量设计[J].机械传动,2014(07):75-79.
来源:《山东工业技术》2019年第9期

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