淺析汽車水泵軸承的裝配設(shè)計(jì)及工藝研究

李樂 韓曉瑩

摘 要：近年來我國汽車飛速發(fā)展，設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)量不斷提升，汽車水泵軸承裝配設(shè)計(jì)及工藝影響軸承壽命，合理降低成本，提升整車穩(wěn)定性。本文就汽車水泵軸承的裝配設(shè)計(jì)及工藝進(jìn)行研究，提出幾點(diǎn)提升建議。

關(guān)鍵詞：汽車水泵；軸承；裝配設(shè)計(jì)；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.058

0 引言

我國汽車行業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)產(chǎn)量及質(zhì)量要求逐漸提升，同時(shí)也對(duì)汽車水泵軸承設(shè)計(jì)及工藝要求也不斷提升，我國汽車水泵軸承在設(shè)計(jì)過程中多以模仿為主，對(duì)裝配設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一，內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異較大。注重汽車水泵軸承的裝配設(shè)計(jì)及工藝提升，科學(xué)構(gòu)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)強(qiáng)度、溫度及壽命的參數(shù)管控，提升承載能力，減少摩擦現(xiàn)象，合理降低成本，善于運(yùn)用壓裝機(jī)進(jìn)行裝配，設(shè)計(jì)合理的夾具實(shí)現(xiàn)軸承的安裝。汽車水泵軸承裝配設(shè)計(jì)及工藝，是合理延長軸承壽命的關(guān)鍵，能夠?yàn)槠嚨睦鋮s系統(tǒng)提供可靠動(dòng)力，提高整車穩(wěn)定性。

1 汽車水泵軸承的裝配設(shè)計(jì)及工藝研究的重要性

近年來我國汽車行業(yè)向大功率及高功率方向發(fā)展力度較大，為汽車水泵軸承提出新的要求，需要具有較高的耐熱、密封、壽命較長等特性需求，合理裝配設(shè)計(jì)及工藝應(yīng)用能夠?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行提供可靠保障。隨著新型結(jié)構(gòu)應(yīng)用，軸連軸承結(jié)構(gòu)逐漸被廣泛應(yīng)用，在美國、德國、日本等國家應(yīng)經(jīng)廣泛采用，我國近年來也重視對(duì)其規(guī)范化發(fā)展及研究，為汽車水泵軸承裝配設(shè)計(jì)及工藝提升提供可靠的基礎(chǔ)保障。通過水泵軸承的應(yīng)用降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒、能量推動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)造成的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度迅速升高問題，保證發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件機(jī)械性及磨損問題的有效控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。水泵為汽車的冷卻系統(tǒng)提供可靠的動(dòng)力，通過軸承帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)為冷卻液獲得壓力和速度，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)流道的輸送，保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行。泵體、葉輪、軸承、水封及帶輪等組成汽車水泵，面對(duì)運(yùn)行過程中高溫、高濕等惡劣的環(huán)境，水泵的裝配設(shè)計(jì)及工藝需求更高，作為精密的機(jī)械零件，在裝配及工藝流程中，注重對(duì)軸承及其周圍零件的管理，對(duì)機(jī)械加工的傷痕、毛刺等問題進(jìn)行更換，在安裝過程中必須具有較為精密的工具，保證主軸、內(nèi)孔的一致性，保證汽車水泵的健康運(yùn)行。

2 汽車水泵軸承裝配設(shè)計(jì)

2.1 水泵軸承性能分析

汽車水泵結(jié)構(gòu)較為緊湊，其工作環(huán)境較為惡劣，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定及壽命要求較高，尤其是裝配設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，使水泵軸承處于最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，減少摩擦損耗、溫度升高等問題，合理提升軸承的使用壽命。汽車?yán)渌糜蓺んw、皮帶輪、軸承、水封、葉輪、冷卻風(fēng)扇以及其他傳動(dòng)件共同組成，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一端受到皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生徑向力而另一端則與葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生不平衡力，而水泵軸承作為非標(biāo)準(zhǔn)軸組裝性能較好，能夠滿足運(yùn)行需求，降低游隙調(diào)整空間，實(shí)現(xiàn)整車?yán)鋮s系統(tǒng)運(yùn)行。在汽車水泵運(yùn)行過程中水泵的轉(zhuǎn)速高，軸承需

具有較高的承載能力，防止聯(lián)軸器偏心質(zhì)量引起離心力以及冷卻水進(jìn)入機(jī)械密封環(huán)等問題，在運(yùn)行過程中，水泵空間較為有限，運(yùn)行溫度、濕度以及粉塵較多，保障密封性就耐久性，軸承需要在調(diào)教較為惡劣情況下運(yùn)行。在裝配過程中還需要精細(xì)度較高的壓裝機(jī)與壓裝工藝，為軸承裝配提供可靠保障。

2.2 注重水泵軸承承載力的裝配設(shè)計(jì)

由于內(nèi)部空間受限，水泵軸承結(jié)構(gòu)以滾子和球兩列滾動(dòng)體檢的距離控制為主。在汽車水泵結(jié)構(gòu)中軸承在內(nèi)軸上開溝槽，在設(shè)計(jì)過程中要注重軸承壽命，球列和滾子列上進(jìn)行額定動(dòng)載荷和當(dāng)量在和的分別計(jì)算，保證運(yùn)行耐久性需求。汽車水泵軸承中軸連軸承技術(shù)已經(jīng)在國外標(biāo)準(zhǔn)化推行，我國相關(guān)企業(yè)同時(shí)也注重這一信息，及時(shí)開發(fā)不同的產(chǎn)品，在裝配設(shè)計(jì)過程中要注重積極引進(jìn)產(chǎn)品及技術(shù)，合理提升設(shè)計(jì)開發(fā)成本控制能力，注重延長軸承壽命，保證系統(tǒng)的有效運(yùn)行。在汽車水泵軸承中一列滾子一列球結(jié)構(gòu)則適用于較大徑向載荷系數(shù)較大的場(chǎng)合，目前主要以雙列球結(jié)構(gòu)適用于徑向載荷系數(shù)較小的系統(tǒng)，軸承外徑尺寸及皮帶輪的加載位置、兩列球之間的距離影響軸承的承載力。汽車在行駛過程中冷卻水一般維持在60-80度之間，水泵軸承以風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的軸向力以及轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩為主，帶輪上具有皮帶拉力，水泵葉輪產(chǎn)生軸向力、徑向力以及轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩內(nèi)容，兩列滾子的徑向和軸向反力，各零部件均有重量，對(duì)汽車水泵軸承受力受到影響，在設(shè)計(jì)過程中必須考慮相關(guān)內(nèi)容，根據(jù)不同力的計(jì)算，制定符合水泵軸承所需承載力，保障水泵軸承壽命穩(wěn)定。

2.3 加強(qiáng)汽車水泵軸承密封圈設(shè)計(jì)

在汽車水泵軸承裝配設(shè)計(jì)中也要考慮水泵的密封圈設(shè)計(jì)，汽車水泵結(jié)構(gòu)中防止水、油沁入，降低系統(tǒng)壽命。水泵軸承密封圈一般由金屬骨架增加結(jié)構(gòu)的剛性，以橡膠作為密封圈主體，加強(qiáng)與外圈牙口的配合度，合理采用密封結(jié)構(gòu)，保障在水環(huán)境下發(fā)生漏脂及水進(jìn)入軸承內(nèi)腔問題，合理控制軸與密封的接觸產(chǎn)生過盈量控制不足，產(chǎn)生摩擦生熱、密封性不足等問題，且軸承表面存在微凸問題，必須在裝配設(shè)計(jì)中要注重對(duì)軸與密封圈接觸表面的疲勞，合理制定接觸表面周期性的交變應(yīng)力及其分布，結(jié)合疲勞壽命理論延長軸承密封圈的有效壽命。

3 汽車水泵軸承裝配工藝

汽車水泵軸承裝配工藝是影響軸承壽命周期的主要因素之一，通過多年的研究及發(fā)展，軸承裝配工藝不斷提升，壓裝機(jī)應(yīng)用逐漸成為主流，并不斷提升壓裝機(jī)的精密度，保證軸承的平衡運(yùn)行。在軸承的裝配過程中需要將軸向中心線與裝配孔保持一致，一旦出現(xiàn)軸承裝配不平衡，對(duì)壓裝傾斜造成鋼球的載荷，容易出現(xiàn)滾道軌跡偏離，油脂攪拌及保持架出現(xiàn)額外應(yīng)力加劇，造成軸承溫度過高及鋼球當(dāng)量載荷增大，均對(duì)軸承的使用壽命長短帶來影響。水泵軸承與泵體的過盈配合中使用壓力機(jī)進(jìn)行壓裝，在壓裝過程中一般有液壓與氣壓力機(jī)兩種，并具有壓力監(jiān)控設(shè)備，對(duì)壓樁過程中超出設(shè)定的范圍將進(jìn)行報(bào)警，對(duì)壓裝過硬量過大、軸承在壓裝過程中傾斜以及其他問題進(jìn)行及時(shí)掌握，但由于壓力范圍較大，不能夠?qū)崿F(xiàn)精密的可控性，容易造成偏差且不容易發(fā)覺。水泵軸連軸承作為精密元件在裝備之間必須對(duì)外殼、法蘭、葉輪、水封進(jìn)行檢查，確認(rèn)軸承是否有加工的傷痕、毛刺、切削等質(zhì)量問題，防止在安裝過程中將安裝力作用在滾動(dòng)球體上，合理采用機(jī)械壓力進(jìn)行壓入，輔助工具的應(yīng)用對(duì)內(nèi)孔與主軸進(jìn)行一致性調(diào)節(jié)，保證功能配合，對(duì)水泵軸承與法蘭過盈量進(jìn)行合理設(shè)計(jì)及安裝，滿足結(jié)構(gòu)的承載及強(qiáng)度要求，減少接觸區(qū)兩端邊緣應(yīng)力過于集中現(xiàn)象，設(shè)定合理的過盈量，可采用在應(yīng)力集中處采取倒角或倒圓弧等方法，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，保證運(yùn)行需求。

軸承在安裝之前必須檢查軸與外殼的配合表面、溝槽以及連接表面的加工質(zhì)量，對(duì)配合連接表面進(jìn)行必要的清洗，且需要在干燥及清潔的環(huán)境下進(jìn)行安裝。軸承所用潤滑油也要注重選擇，應(yīng)選擇無雜質(zhì)、抗氧化、防銹等性能較好的潤滑脂，合理的填充量填充到軸承內(nèi)，對(duì)帶密封結(jié)構(gòu)的雙列滾子軸承和水泵軸連軸承已經(jīng)填充好的潤滑脂不可進(jìn)行清洗，可直接進(jìn)行使用。

在汽車水泵軸承裝配工藝中軸承壓裝是設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，合理運(yùn)用壓裝技術(shù)，保證軸承的受力平衡，降低摩擦，合理提升軸承壽命。汽車水泵軸承的設(shè)計(jì)壽命要求在五千小時(shí)以上，在軸承壓裝之前，泵體需首先加熱到一百攝氏度滿足軸孔熱漲內(nèi)經(jīng)增加需求，增加軸承的拉脫力可采用涂膠方法，降低壓裝力，對(duì)泵體壁厚容易出現(xiàn)殼體變形、壓裂情況，可采用軸承孔壁作為支撐，方便壓裝調(diào)試，強(qiáng)化壓裝的精細(xì)度及壓力準(zhǔn)，保障壓裝深淺強(qiáng)度精準(zhǔn)定位，保障壓力大小在要求范圍內(nèi)。注重壓裝機(jī)的參數(shù)設(shè)定，確保正確的壓裝數(shù)據(jù)，避免在測(cè)試中出現(xiàn)偏差，提升壓裝機(jī)的有效性，為軸承投入運(yùn)行提供可靠保障。在壓裝過程中可采用夾具導(dǎo)引，并注重壓裝導(dǎo)套與定位塊的距離，防范因同軸度過大或過小、導(dǎo)套與軸承內(nèi)軸間隙與軸承長度向匹配，防止出現(xiàn)壓裝傾斜、鋼球磨損等現(xiàn)象出現(xiàn)，對(duì)壓裝的壓力、速度及時(shí)間進(jìn)行深入管控，對(duì)軸承的定位精度及導(dǎo)向精度要著重把握。在安裝后要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，以動(dòng)力進(jìn)行無負(fù)荷或低速運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行，若無異常視運(yùn)行情況進(jìn)行緩慢提升旋轉(zhuǎn)速度及負(fù)荷，對(duì)產(chǎn)生的噪音、振動(dòng)及溫度升高現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)異常立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行檢查后方可進(jìn)行正常使用。

4 結(jié)束

汽車水泵軸承裝配設(shè)計(jì)及工藝涉及軸承的使用壽命，為汽車?yán)鋮s系統(tǒng)提供可靠的保障，在裝配設(shè)計(jì)中注重對(duì)軸承的承載力與密封性設(shè)計(jì)，保障運(yùn)行的有效性，在裝配工藝中注重壓裝的過程控制，保障軸與裝配孔的平衡裝配，為鋼球的運(yùn)行提供保障。在汽車技術(shù)水平不斷提升的現(xiàn)在，水泵作為冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵，發(fā)揮著穩(wěn)定及延長發(fā)動(dòng)機(jī)的作用，軸承作為水泵的薄弱環(huán)節(jié)不僅需要在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行提升，還要從工藝方法上提升壽命與耐性，實(shí)現(xiàn)水泵軸承的健康平穩(wěn)運(yùn)行，為冷卻系統(tǒng)提供可靠保障。隨著我國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，合理裝配設(shè)計(jì)及工藝提升汽車水泵軸承壽命有效延長，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中注重各項(xiàng)參數(shù)的科學(xué)性，工藝方面提升安裝精確程度，為冷卻系統(tǒng)運(yùn)行提供可靠保障，維持汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，為行業(yè)發(fā)展提供可靠保障。

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