一種機械水泵冷啟噪音問題解決方案

隋寶峰 沙賓賓 王鵬

摘 要：噪音控制是提升整車品質方法之一，針對發動機機械水泵在低溫條件下啟動異響問題，文章介紹了采用熱壓工藝裝配機械水泵軸承方案，解決機械水泵低溫條件下冷啟噪音問題。

關鍵詞：發動機;機械水泵;冷啟噪音

中圖分類號：U464.138+.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-107-02

Abstract： Noise control is one of the methods to improve the quality of the vehicle. Aiming at the problem of noise of engine mechanical water pump starting at low temperature， this paper introduces the scheme of Assembling Mechanical Water pump bearing by hot pressing process， solve the problem of cold start noise of mechanical water pump at low temperature.

Keywords： Engine; Mechanical water pump; Cold start noise

CLC NO.： U464.138+.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-107-02

前言

隨著我國經濟發展，國民汽車消費傾向逐步由追求廉價轉變為品質要求，噪音控制為提升整車品質重要方法之一，涉及噪音控制已經成為汽車研究領域一項熱點。

發動機冷啟時各運動副無法立即得到良好的潤滑，且為保證發動機盡快進入工作狀態啟動初始，發動機轉速都會偏高，進而導致冷啟時發動機噪音尤為突出，極易引起客戶抱怨。

1 問題描述

某新研發SUV車型，于冬季標定試驗冷啟時車外及駕駛室內均存在異響，無法接受。

2 原因分析

2.1 問題復現

在環境艙內進行低溫冷啟機械水泵進場NVH測試。

眾所周知，于2000HZ-10000HZ頻率之間的噪音極易被人類發現，測試結果如圖1所示，此車型機械水泵噪音于2000HZ-10000HZ頻率范圍內較為突出。

2.2 問題排查

水泵總成由法蘭、軸連軸承、泵體、密封圈、水封總成、葉輪組成，如圖2所示。

水泵正常工作時，如圖3所示，軸連軸承芯軸、軸承外圈、中間鋼球存在相對運動，當軸承承受徑向載荷時，由于存在徑向游隙，僅有部分鋼球承受負荷（圖中DABCD），稱為承載區，其他稱為非承載區。在鋼球從承載區D運動到D的過程中，鋼球的自重與離心力的合力大小及方向不斷發生變化，鋼球交替與內外圈滾道碰撞、摩擦，從而產生機械水泵工作噪音。

為保證機械水泵密封及可靠性，水泵軸連軸承與泵體為過盈壓裝，因此會導致軸連軸承芯軸、軸承外圈圓度及尺寸發生變化，減小了鋼珠的與軸承內外圈的游隙，導致鋼珠與軸承內外圈無法得到充分潤滑，增加摩擦力，同時因軸連軸承相應尺寸變化導致鋼珠的承載區加大，進而加大了鋼珠與軸承內外圈滾道碰撞、摩擦時間，導致機械水泵工作噪音增加。

3 試驗驗證

為避免壓裝過程中泵體對軸連軸承徑向載荷過大導致鋼珠游隙及承載區變化，現將泵體提前加熱至60℃，利用熱脹冷縮原理，增加泵體中軸連軸承安裝孔尺寸，再進行壓裝軸連軸承，進而減小泵體對軸連軸承徑向載荷。水泵生產工藝如圖4。

機械水泵不同壓裝工藝裝配后尺寸檢測數據見表1。

由以上測試數據可知，采用熱壓裝配工藝后軸連軸承外圈及芯軸的圓度和直徑都比常溫壓裝裝配工藝下更大，進而鋼珠的游隙更大、承載區更小。

為驗證壓裝工藝更改對機械水泵工作噪音貢獻，使用兩種壓裝工藝機械水泵進行臺架NVH測試，測試結果見圖5。

圖5中綠線為采用熱壓工藝裝配機械水泵，紅線為常溫下壓裝工藝裝配機械水泵，采用熱壓工藝裝配機械水泵聲壓值于2000HZ-10000HZ頻率范圍優于常溫壓裝工藝裝配機械水泵。

在環境艙內進行低溫冷啟機械水泵進場NVH測試，選取采用熱壓工藝裝配機械水泵與常溫壓裝工藝裝配機械水泵進行對比測試，測試結果見圖6。

從圖6可以看出，采用熱壓工藝裝配機械水泵于2000HZ -10000HZ頻率范圍內噪音水平優于常溫壓裝工藝裝配機械水泵。

4 結論

針對某新研發SUV車型低溫冷啟動時機械水泵噪音問題，經理論分析、精密設備測量、臺架NVH測試、整車NVH測試，確定可以通過將機械水泵軸連軸承與泵體壓裝工藝由常溫壓裝調整為加熱泵體后壓裝而解決。本文對其他車型機械水泵噪音大問題或具備相同結構零件噪音問題的解決提供了思路及方向。

參考文獻

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