汽車水泵軸承竄動分析及應對策略范文

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摘要：水泵軸承作為汽車內部重要組成部分，直接影響到汽車的正常運轉，在工作載荷波動較大作用下，可能出現軸承竄動問題，為汽車的安全行駛埋下了一系列安全隱患。汽車水泵是發動機冷卻系統的關鍵部件，其重要性不言而喻，需要加強汽車水泵軸承竄動分析工作，尋求合理的對策予以實踐，確保汽車安全行駛。

關鍵詞：汽車；水泵軸承；竄動；線性膨脹

0引言

汽車水泵軸承在長期磨損中，加劇構件老化，受到較大軸向載荷，導致軸承孔出現竄動現象，嚴重情況下脫出失效埋下一系列安全隱患。溫度變化、殼體加工精度、風扇運行和葉輪運轉等多種因素，都將導致汽車水泵軸承竄動問題出現，影響到汽車行駛安全。由此，加強汽車水泵軸承竄動探究，有助于及時有效發現其中的安全隱患，為后續相關工作提供參考。

1溫度變化的影響

以某汽車水泵結構為例，水泵軸承一端借助帶輪來帶動葉輪旋轉，通過離心力輸送冷卻液，風扇和水泵同時運轉，促使車輛水箱快速降溫冷卻。如圖1。水泵軸承和殼體之間聯系較為密切，通常情況下是采用過盈配合，促使軸承受到軸向載荷作用，加劇軸承磨損和老化。車輛水泵溫度逐漸升高的同時，零部件溫度隨之升高，會產生不同程度上的線性膨脹問題。如果軸承和殼體線性膨脹系數存在明顯的差異，由于溫度的明顯變化可能加劇盈量變化，軸承可能出現脫出問題，加劇裝置的載荷作用[1]。某汽車水泵的軸承的材料選擇GCr15，殼體材料采用鋁合金ZA1Si9Mg，尺寸為30X7/h6，溫度變化從20℃升高到90℃，盈量變化較為明顯。結合準30X7/h6進行計算，過盈量大概在0.043～0.077mm左右。材料在20～100℃之間，鉻鋼材料線膨脹系數為11，鋁合金線膨脹系數為22～24；而在20～200℃范圍內，鉻鋼線膨脹系數為12.5，鋁合金線膨脹系數在23.4～24.8范圍內。選擇兩組水泵，溫度大概在20℃和90℃左右，可能導致軸承脫出載荷問題出現。通過對實驗數據分析，平均脫出載荷大概在10.7kN，90℃下軸承脫出載荷大概在5.9kN，伴隨著溫度升高的同時，水泵軸向載荷能力隨之下降[2]。通過理論和實踐研究，伴隨著溫度變化軸承軸向載荷能力隨之增大。汽車水泵設計需要考量內容較為多樣，尤其是材料線膨脹系數和運作溫度等內容，條件允許情況下可以適當選擇線膨脹系數差異較小的材料，使用彈性擋圈技術和工藝予以實踐，可以有效避免軸承竄動脫出問題出現。

2殼體加工精度的影響影響

殼體軸承孔加工精度的因素較為多樣，其中包括圓柱度和表面粗糙度兩種。在機床加工過程中，殼體軸承孔表面可能出現不同程度上的間距和孔洞，表面粗糙度較大，在一定程度上影響到水泵軸承過盈配合穩定性。基于此，受到表面粗糙度因素影響，適當減小表面接觸面積，微觀凸峰擠平，在一定程度上減少過盈量和連接強度[3]。需要注意的是，圓柱度誤差的檢測，包括橫剖面和軸剖面誤差，可能在加工過程中產生一定的圓柱度誤差，減少接觸面積，影響到過盈裝配軸承連接可靠性。故此，為了盡可能規避軸承脫除載荷問題出現，應該嚴格控制殼體軸承加工精度，提高對其重視程度，綜合考量經濟性的同時，盡可能減少軸承孔表面粗糙度，將圓柱度誤差控制在合理范圍內，有效規避軸承竄動脫出問題出現[4]。

3風扇運轉的影響

汽車水泵風扇運轉中，受到空氣流動影響，可能導致軸向力和風扇不平衡問題出現，埋下橫向振動問題，降低軸承可靠性和牢固性，加劇軸承竄動脫出失效。結合相關理論內容可以了解到，在風扇運轉后受力方向和吹風方向是完全相反的。通過實驗可以了解到，風扇風速大概在7～12m/s范圍內，軸向力在5000～8000N，力的方向與風扇是相反的。風扇由于制造工藝和安裝問題導致，在實際運行中可能導致軸心和轉動力矩中心出現誤差，在離心力作用在風扇中，運轉過程中出現周期性振動問題。風扇運轉過程中，振動烈度和轉速之間存在密切聯系，軸承損傷十分敏感，在軸承振動中裂紋和磨損現象可以充分反映出來。受到周期性振動載荷作用，水泵軸承可能出現連接疲勞失效問題，促使軸承竄動脫出問題的出現[5]。所以，在汽車水泵設計中，應該結合實際情況進行綜合分析，把握風扇運轉的軸向力，如果條件允許情況下可以安裝止推裝置。對于不平衡產生的振動問題，在汽車水泵設計中優化風扇質量分布，盡可能將軸承力控制在最小范圍內，將不平衡量有效消除。

4葉輪運轉的影響

葉輪在運轉中，前后兩側流體介質可能產生一定的壓力差異，壓力差產生的軸向力作用在軸承上，加劇軸承竄動脫出問題出現，對于汽車水泵運行安全影響較大。如重型載貨汽車水泵，轉速為3500r/min，葉輪直徑為122mm，出口寬度為13.5mm。在葉輪高速旋轉過程中，離心力作用在葉輪上，液體介質甩向周圍，形成一個負壓區，壓力大概在-10k6Pa，葉片背向壓力通過計算確定為100kPa。汽車水泵在運轉過程中，所產生的軸向力對于軸承竄動產生較大的影響，是背對葉輪的葉片。由于葉輪軸向力不可消除，產品設計中應該綜合對葉輪軸向載荷進行評估，通過在軸承斷面設置擋圈避免軸承竄動脫出問題出現。所以，在汽車水泵設計中，葉輪葉片方向朝著帶輪前端風扇，抵消軸向力，降低水泵軸承的軸向載荷，改善軸承運行條件的同時，盡可能避免軸承竄動脫出問題出現，延長水泵的使用壽命，消除軸承安全隱患，確保汽車水泵安全穩定運行。

5安裝條件的影響

受到安裝條件的影響，汽車水泵設計中可能由于制造和安裝誤差影響，加劇誤差問題出現，中心面和相鄰輪系中心面不重合，形成一個傾角。而正是由于傾角的存在，致使汽車水泵運轉過程中對軸承產生高頻沖擊載荷，大概在300～500N左右。受到上述因素的影響，水泵軸承運行中可能出現疲勞失效問題，最終軸承竄動脫出，為汽車行駛安全埋下一系列安全隱患。故此，在汽車水泵設計中，應該不斷推動工藝創新和完善，加強工藝控制減少水泵帶輪帶傾角，有效控制水泵軸承的軸向載荷，避免軸承竄動脫出。提升水泵傳動系統剛性，促使水泵可以安全穩定運轉，提升產品質量，確保汽車水泵可以安全穩定運轉。

6結論

綜上所述，水泵軸承作為汽車中重要組成部分，可能受到溫度變化、殼體加工精度、風扇運行和葉輪運轉等多種因素影響，受到載荷作用出現軸承竄動脫出，為汽車水泵埋下一系列安全隱患，應該予以高度關注和重視，尋求有效措施及時檢修和維護，提升汽車維修成效，確保汽車可以安全行駛。

參考文獻：

[1]劉茜，章桐，王陽陽.汽車水泵滾動軸承-轉子系統的動力學性能分析[J].機電一體化，2014，20（07）：25-31.

[2]林波.汽車水泵用非對稱雙列角接觸球軸承設計[J].哈爾濱軸承，2012，33（03）：3-4，19.

[3]周瓊，李正美，唐建平，徐澤民，安琦.汽車水泵軸承密封圈力學分析模型和壽命計算方法[J].華東理工大學學報（自然科學版），2017，37（01）：119-124.

[4]周瓊，李正美，唐建平，徐澤民，安琦.汽車水泵軸承密封圈接觸應力有限元分析[J].軸承，2016，21（01）：4-7.

[5]李正美，周瓊，安琦，唐建平.不平衡量對汽車水泵軸承載荷及壽命的影響[J].華東理工大學學報（自然科學版），2015，36（04）：596-602.

作者：張祎；齊昌杰 單位：河南省西峽汽車水泵股份有限公司