汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承設(shè)計(jì)【含3張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家】.zip
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汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承設(shè)計(jì)
摘要
隨著國際汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車性能越來越高，汽車發(fā)動機(jī)也越來越強(qiáng)勁，動力越來越大。對冷卻系統(tǒng)要求越來越高，因此對發(fā)動機(jī)水泵軸承性能提出更高的要求。從而對汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承進(jìn)行全面深度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，消除可能發(fā)生的隱患。增加汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承耐用度，提高汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的使用性能。根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)與材料進(jìn)行全面分析，以提高汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承使用壽命，消除軸承在工作中不穩(wěn)定性的原因，對軸承在工作中可能發(fā)生的玻璃燒傷、擦傷卡傷、生銹、腐蝕等現(xiàn)象進(jìn)行分析和研究。避免軸承損壞，并對軸承的裝配工藝進(jìn)行優(yōu)化裝配，提高軸承的可靠性與穩(wěn)定性，從而使汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承在工作中能更加具有較高的壽命和更好的優(yōu)越性能。以提高汽車水泵軸承在工作中的使用效果增加軸承的耐用度。
關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；軸承；設(shè)計(jì)；壽命；穩(wěn)定；
Abstract
According to the development of the international situation, the faster the development of automobile technology, the faster and stronger the automobile engine, and the greater the power. The demand for the cooling system is getting higher and higher, so the performance of the engine pump bearing is higher, so that the pump bearing of the automobile engine is optimized completely, the hidden danger can be eliminated and the performance of the motor pump bearing is improved. According to the comprehensive analysis of the structure and material of the bearing, the service life of the motor pump bearing is improved and the reasons for the instability of the bearing are eliminated. The phenomena of glass burn, scratch, rust and corrosion that may occur in the work are analyzed and studied. The assembly process of the bearing is optimized to improve the reliability and stability of the bearing, so that the pump bearing of the automobile engine can have a higher life and better performance in the work. In order to improve the use effect of automobile water pump bearings.
Key words: bearing; design; engine; life; stability;
II
- II -
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章緒論 1
1.1 課題研究目的和意義簡述 1
1.2 國內(nèi)外有關(guān)情況的簡要介紹 2
1.2.1 國內(nèi)研究情況簡要介紹 2
1.2.2國外研究情況簡要介紹 2
1.3論文的研究內(nèi)容及其研究方法介紹 3
1.3.1論文的研究內(nèi)容簡述 3
1.3.2論文研究方法簡述 3
第2章發(fā)動機(jī)和水泵的簡介 4
2.1發(fā)動機(jī)的簡單介紹 4
2.2發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 5
2.2.1發(fā)動機(jī)基本結(jié)構(gòu) 5
2.2.2工作原理 5
2.3發(fā)動機(jī)水泵的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 6
2.3.1發(fā)動機(jī)水泵的基本結(jié)構(gòu)和性能 6
2.3.2發(fā)動機(jī)水泵的工作原理 6
第3章汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的概述 8
3.1水泵軸承的類型 8
3.1.1水泵軸承的分類 8
3.1.2各類軸承結(jié)構(gòu)和功能簡述 9
3.2水泵軸承在汽車發(fā)動機(jī)中的作用 12
第4章汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)及壽命校核 13
4.1影響發(fā)動機(jī)中水泵軸承使用時(shí)間的原因 13
4.1.1水泵軸承的設(shè)計(jì)概述 13
4.1.2水泵軸承的組裝安裝介紹 15
4.2水泵軸承設(shè)計(jì)方案（以雙列球型水泵軸承為例） 17
4.2.1原則 17
4.2.2材料熱處理 18
4.2.3潤滑與密封 18
4.2.4游隙 20
4.2.5精度 21
4.2.6軸承的壽命 23
4.2.7貯存與安裝 24
4.3水泵軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì) 24
4.3.1高質(zhì)量的材料和合理的結(jié)構(gòu) 24
4.3.2水泵軸承徑向的設(shè)計(jì)原理 25
4.3.3密封圈 25
4.3.4水泵軸承潤滑脂 26
結(jié) 論 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 30
IV
- IV -
第1章緒論
1.1 課題研究目的和意義簡述
現(xiàn)今社會 ,國內(nèi)外汽車行業(yè)的發(fā)展很快，發(fā)動機(jī)作為汽車?yán)锩娴闹饕M成結(jié)構(gòu)，發(fā)展的也越來越迅速。軸承是水泵的關(guān)鍵部件，關(guān)乎發(fā)動機(jī)的好壞，所以必須性能好，各方面都考慮周到。主要是用來承擔(dān)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)體。在運(yùn)動作業(yè)時(shí)候，物理降低設(shè)備產(chǎn)生的摩擦系數(shù)。在回旋的時(shí)候，精度必須要得到保證。最近幾年，汽車發(fā)動機(jī)冷卻水泵用到的軸承，有了新的發(fā)展，產(chǎn)生的一種新型軸承。這種軸承的熱穩(wěn)定性很好、承載能力也很強(qiáng)并且有非常好的密封性能，基于這些優(yōu)勢，目前很多的汽車、機(jī)械、電氣行業(yè)等等都在使用。但是這種軸承主要在現(xiàn)實(shí)生活中非常實(shí)用，不是源于已有的理論，而是實(shí)踐得知。所以在理論知識和理論設(shè)計(jì)方面非常不足。工程領(lǐng)域的精英學(xué)者一直都在研究這個(gè)問題。都想理論證明軸承在應(yīng)用過程中產(chǎn)生的各項(xiàng)參數(shù)性能指標(biāo)等數(shù)據(jù)，然后更好的服務(wù)研究從對水泵軸承進(jìn)行合理化、科學(xué)化地設(shè)計(jì)，這也成為機(jī)械工程專業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)研究課題。工業(yè)應(yīng)用中軸承使用不是完全合理的，經(jīng)常也會有問題出現(xiàn)。首先，軸承表面的剝離和損壞；其次，就是原本的裂紋長時(shí)間使用，出現(xiàn)的這樣，那樣的問題；還有維護(hù)是個(gè)很大的難題。需要維護(hù)支架不被破損、擦傷又或者卡傷、生銹然后導(dǎo)致的腐蝕、相似的還有磨蝕跟電蝕；最經(jīng)常出現(xiàn)的還有壓痕碰傷等等的問題。水泵如果不能用，最可能的原因就是軸承損壞。軸承出現(xiàn)的問題，不嚴(yán)重的也會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作，如果特別的也會直接導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的嚴(yán)重受損。所以對水泵軸承的設(shè)計(jì)，必須全面具體深化設(shè)計(jì)，從產(chǎn)品研發(fā)到最終的裝配工藝，都要仔細(xì)專研。從而從根本上解決這些問題，這些隱患，使得發(fā)動機(jī)水泵軸承能夠長時(shí)間的服務(wù)與發(fā)動機(jī)。這次畢業(yè)論文就是跟水泵軸承的不良產(chǎn)生的問題做出分析與解答，從而加長軸承的工作時(shí)間，解決使用問題。
1.2 國內(nèi)外有關(guān)情況的簡要介紹
1.2.1 國內(nèi)研究情況簡要介紹
現(xiàn)階段，在我國的發(fā)展過程中，發(fā)動機(jī)水泵軸承的發(fā)展迅猛，很多制造業(yè)都在研究與實(shí)驗(yàn)。工業(yè)的發(fā)展離不開發(fā)動機(jī)。在社會上對水泵軸承的購買，需求很旺盛，導(dǎo)致其的研究很快，變更也很快。許多企業(yè)都研究了高新高端的發(fā)動機(jī)水泵軸承。在很多行業(yè)甚至研究領(lǐng)域都有用的。所以研究出了很多類型的軸承，例如航空航天水泵軸承、帶精密的光伏軸、滾動軸承、起重機(jī)滑輪軸承等等。我們國家在水泵軸承的行業(yè)領(lǐng)域正在擴(kuò)大，需要企業(yè)加入進(jìn)來。良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)帶動著這一發(fā)展。目前全國從事這一行業(yè)的企業(yè)有2000多家，在其中從事相關(guān)工作的人員大約有40多萬人。在近幾年，我國的發(fā)動機(jī)水泵軸承制造行業(yè)的總產(chǎn)值成上升趨勢，在2010年是1932.11億元的總產(chǎn)值，對比往年，增長27.59%。它的銷售收入增長也很快，銷售收入基本都在為2000億元以上，每年增長30.30%，由此利潤很高，總額高達(dá)1130億元，每年增長26.54%左右。
1.2.2國外研究情況簡要介紹
目前國外許多研究軸承的專業(yè)公司發(fā)展很快，已經(jīng)成功地研制一種新型的汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承。這種軸承，壽命長，并且實(shí)用可靠。這種新型的軸承的設(shè)計(jì)大體上分為兩種方式：首先是相對簡單的雙列球型，這種類型的軸承組成相對簡單很多。但是也有它的局限性。它只適合較小徑向并且軸向載荷下的部分情況；還有一種是一列球一列滾子型，這種類型的軸承有很多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗邆淝蜉S承的的優(yōu)點(diǎn)。球軸承是可一承受徑向載荷和軸向載荷兩種的，并且它還有滾子軸承功能特點(diǎn)就是可一承受高的徑向載荷的情況。在一些特殊的高載荷還有有沖擊載荷情況下，非常的實(shí)用。為了提高軸承的壽命，這種軸承在滾子一端的心軸上，安裝了皮帶輪還有風(fēng)扇。雖然可能產(chǎn)生不平衡載荷，但是在延長使用時(shí)間上面非常好。國外會給滾動軸承加潤滑，主要是減少軸承里面部件的內(nèi)部摩擦，盡量避免磨損。并且可以防止燒傷與粘貼；增加使用工作時(shí)間；順便把摩擦產(chǎn)生的熱量排出、對其驚喜冷卻，使得軸承處在適當(dāng)?shù)臏囟认旅?，正常的工作。同時(shí)還有減少潤滑油本身的實(shí)效時(shí)間；阻擋雜物或者灰塵進(jìn)入到軸承內(nèi)部，還有防銹、防腐蝕的實(shí)用效果。軸承的使用材料必須質(zhì)量過關(guān)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必須合理科學(xué)；水泵的軸承設(shè)計(jì)必須科學(xué)；必須還有具有良好的密封圈，這些都是國外公司設(shè)計(jì)這兩種類型水泵軸承的關(guān)鍵方面。
1.3論文的研究內(nèi)容及其研究方法介紹
1.3.1論文的研究內(nèi)容簡述
論文的目地是對發(fā)動機(jī)水泵軸承進(jìn)行研究，清楚明了作用，明確優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)缺點(diǎn)，形成新的方案。水泵的載體發(fā)動機(jī)的作用很明顯，就是轉(zhuǎn)化能量。它是能夠不同形式的能量都轉(zhuǎn)化成為我們所需的機(jī)械能的一種機(jī)器。這種機(jī)器其實(shí)有很多類型，在通常情況下，大多數(shù)發(fā)動機(jī)都是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)動，提供對機(jī)器工作的動能，使機(jī)器能夠正常的工作。水泵的發(fā)揮著讓冷卻的水循環(huán)于發(fā)動機(jī)水套跟散熱器之間，未來保證維持發(fā)動機(jī)能夠在適宜的溫度范圍之內(nèi)進(jìn)行正常的工作運(yùn)轉(zhuǎn)；體、帶輪、軸和軸承、滑環(huán)密封及葉輪等配件組成水泵。軸承的性能嚴(yán)重影響著水泵的使用時(shí)間、使用性能。現(xiàn)在應(yīng)用在工業(yè)機(jī)械的功率越來越高，這就要求零部件的功能、性能及使用時(shí)間必須得到保證，必須要好。論文為了學(xué)以致用來進(jìn)行研究，主要是研究發(fā)動機(jī)、水泵、軸承的零部件研究，對比現(xiàn)有發(fā)動機(jī)水泵軸承的應(yīng)用的具體的優(yōu)點(diǎn)及其缺陷，做出改進(jìn)的方案。
1.3.2論文研究方法簡述
通過在圖書館查詢相關(guān)文獻(xiàn)資料，增強(qiáng)對課題的理解和認(rèn)識，擴(kuò)充知識儲備量增強(qiáng)自我學(xué)習(xí)能力。同時(shí)在準(zhǔn)備過程中廣泛查閱了發(fā)動機(jī)水泵軸承相關(guān)設(shè)計(jì)資料，確保研究的準(zhǔn)確性.詢問工作中經(jīng)常接觸水泵軸承的人員，充分了解其運(yùn)作方式與精細(xì)結(jié)構(gòu)從而保證設(shè)計(jì)方案與論文的真實(shí)性。在網(wǎng)上閱讀有關(guān)內(nèi)容，查閱學(xué)術(shù)類文章與相關(guān)圖紙。同時(shí)在以下網(wǎng)站進(jìn)行相關(guān)國內(nèi)外文章的查閱，這些網(wǎng)站有的更精確，有的更便捷。進(jìn)一步運(yùn)用文獻(xiàn)調(diào)研分析的方法，分析汽車水泵軸承的現(xiàn)狀利用文獻(xiàn)調(diào)研分析的方法。在撰寫論文的時(shí)候，需要查閱大量的關(guān)于水泵軸承的資料，以及探析我國發(fā)動機(jī)水泵軸承等與本研究相關(guān)的文獻(xiàn)，并對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理、評述與綜述。
第2章發(fā)動機(jī)和水泵的簡介
2.1發(fā)動機(jī)的簡單介紹
發(fā)動機(jī)的工作原理是轉(zhuǎn)化能量，是把其他多余的能量都轉(zhuǎn)化成為人類所需要有關(guān)機(jī)械能的一種機(jī)器。這種機(jī)器其實(shí)有很多種類。大致可分為內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)，其工作原理大致都相同，都是將其能量轉(zhuǎn)換成動能，來帶動機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。還有一些發(fā)動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為動能。俗稱電動機(jī)。所以發(fā)動機(jī)都是提供能量的核心元件，是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種機(jī)器所需要的能量來維持機(jī)器工作。發(fā)動機(jī)是英國人最先發(fā)明的，因此，發(fā)動機(jī)的定于也是英國人定義的，它的意識是指那機(jī)械裝置，能夠產(chǎn)生動力的機(jī)械裝置。發(fā)動機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展起初也是循序漸進(jìn)的過程，隨著工業(yè)的發(fā)展，起初是蒸汽機(jī)，后來是外燃機(jī)，最后是內(nèi)燃機(jī)，這三個(gè)發(fā)展階段。通常說燃燒物在裝備外面燃燒，被稱之為外燃機(jī)。外燃機(jī)是蘇格蘭的R.斯特林在1816年發(fā)明的，書本上還有人們口頭上習(xí)慣稱它為斯特林發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)的工作原理是為了將燃燒而產(chǎn)生的熱能最終轉(zhuǎn)化成為我們機(jī)械所需要的動能。例如著名的外燃機(jī)就是蒸汽機(jī)，最早的蒸汽機(jī)是由瓦特所改良，是一個(gè)典型。在起初，大量使用煤炭的時(shí)代，每天燃燒大量的煤，從而產(chǎn)生熱能，熱能然后用來燒水，這就產(chǎn)生的很多的大量的水蒸汽時(shí)，導(dǎo)致了很大的壓力也就是高壓，利用高壓做機(jī)械能，最終熱能轉(zhuǎn)變成動能。內(nèi)燃機(jī)其實(shí)跟外燃機(jī)是相對的，更加定義，就可知道燃燒物在機(jī)械里面燃燒。不過內(nèi)燃機(jī)的種類要比外燃機(jī)多很多。比如柴油機(jī)是典型的內(nèi)燃機(jī)?；鸺涎b的發(fā)動機(jī)很顯然是內(nèi)燃機(jī)。但是是很特殊的。當(dāng)然，定義不僅僅是用來區(qū)分作業(yè)原理，還是因?yàn)樗鼈兊漠a(chǎn)能方式不一樣。大都情況下，外燃機(jī)都是在地表使用，在空中基本都是內(nèi)燃機(jī)。有時(shí)科學(xué)家也會突發(fā)奇想，把噴氣式發(fā)動機(jī)裝在汽車上，乙滿足汽車制造商的想法，記錄最快的車速。這種特殊的使用方式并不常見，也不實(shí)用。燃?xì)廨啓C(jī)其實(shí)就是熱能轉(zhuǎn)化成高壓燃?xì)獾脑?。主要手機(jī)利用燃?xì)獾漠a(chǎn)生的高壓來推動機(jī)器的運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)其實(shí)不用于汽車還有摩托車上，但它的使用也是很多的，特別是在賽車上，因?yàn)檫@種燃?xì)鈾C(jī)的功率沒辦法固定，幅度范圍比較大。
2.2發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理
2.2.1發(fā)動機(jī)基本結(jié)構(gòu)
機(jī)體如圖2.1所示，是發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。發(fā)動機(jī)由以下部件組成：1.凸輪軸；2.靜音鏈條；3.進(jìn)氣門；4.噴油器；5.活塞；6.燃燒室；7.連桿；8.曲軸；9.氣缸體等等。這些部件必須具有足夠的強(qiáng)度，較大的剛度。
圖2.1發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
2.2.2工作原理
發(fā)動機(jī)通常分為四沖程和二沖程發(fā)動機(jī)。
以四沖程發(fā)動機(jī)為例，四沖程發(fā)動機(jī)主要有進(jìn)氣壓縮功率和排氣空氣。四沖程汽油發(fā)動機(jī)是一定比例的空氣和汽油混合氣體,吸入氣缸進(jìn)氣沖程期間,壓縮點(diǎn)火燃燒氣體混合物通過生成的熱,導(dǎo)致產(chǎn)生高溫高壓的氣體，然后對活塞的頂部往復(fù)直線沖擊運(yùn)動,跟其他配件相配合最終產(chǎn)生機(jī)械能。進(jìn)氣沖程、壓縮行程、動力沖程還有排氣沖程同時(shí)連貫的工作時(shí)發(fā)動機(jī)整個(gè)工作的過程。
2.3發(fā)動機(jī)水泵的基本結(jié)構(gòu)及工作原理
2.3.1發(fā)動機(jī)水泵的基本結(jié)構(gòu)和性能
在汽車發(fā)動機(jī)工作的時(shí)候，主要通過水泵帶動冷卻液流動，從而完成整個(gè)冷卻系統(tǒng)的循環(huán)。通過循環(huán)的冷卻液來吸收發(fā)動機(jī)在工作中產(chǎn)生的熱量，從而保證汽車在工作時(shí)各部件不會產(chǎn)生過高溫度。這樣就保證了發(fā)動機(jī)在工作過程中的溫度，從而減少了發(fā)動機(jī)可能發(fā)生的故障問題。這樣也提高了汽車的使用性能等方面問題。
一般情況下，發(fā)動機(jī)的水泵會分為很多不同的型號，每種型號都有自己不同的特性。比如根據(jù)其配套要求的不同類型或者工作的方式與環(huán)境的不同來進(jìn)行分類。通常常用的水泵會分為離心泵、旋轉(zhuǎn)容積泵和旋渦泵三種。但考慮到汽車的整體空間設(shè)計(jì)，會減小汽車發(fā)動機(jī)水泵所占用的空間。因此發(fā)動機(jī)水泵在設(shè)計(jì)過程中要采用體型小的，但又要考慮水泵的優(yōu)越性能，所以在一般同情況下會選用重量輕的結(jié)構(gòu)簡單的離心水泵。還要盡量要求排水量大的水泵，在我國一般都會選擇單級離心水泵。
離心水泵由很多零件組成，分為外主體和內(nèi)主體。外形主體主要是由泵體和頂蓋等部分組成。內(nèi)主體主要是由水封、葉輪、軸承、軸套等部分組成。
汽車發(fā)動機(jī)水泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（也稱水室結(jié)構(gòu)）也分很多種類。在我國汽車發(fā)動機(jī)所用的水泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)有螺旋形的水室，還有一本分內(nèi)部結(jié)構(gòu)是直筒型的水室。在我國汽車市場中，汽車發(fā)動機(jī)水泵大多數(shù)會用到螺旋形的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。有很多汽車會把發(fā)動機(jī)和水泵連接到一起，這樣會使的葉輪的結(jié)構(gòu)集合參數(shù)對整個(gè)水泵的運(yùn)動性能有一定的影響力。
2.3.2發(fā)動機(jī)水泵的工作原理
發(fā)動機(jī)水泵的工作原理是通過發(fā)動機(jī)帶動皮帶輪帶動水泵軸承及葉輪轉(zhuǎn)動，從而汽車水泵中的冷卻液被葉輪帶動旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下被帶到汽車水泵體的邊緣，并產(chǎn)生一定的壓力從水管或出水管流出。由于葉輪中心的冷卻液被帶出從而壓力下降，產(chǎn)生壓力差，水箱中的冷卻液在汽車水泵進(jìn)口與葉輪中心由于壓力差的作用經(jīng)水管別吸入葉輪中，從而實(shí)現(xiàn)了冷卻液的循環(huán)作用。
支撐汽車水泵軸的軸承是用潤滑脂潤滑，所以要防止冷卻液泄漏到潤滑脂造成潤滑乳化，并且還要防止?jié)櫥盒孤?。防止汽車水泵泄露的密封措施有水封和密封墊。水封動密封環(huán)與軸通過過盈配合裝配在軸承與葉輪之間。水封經(jīng)密封座緊緊壓裝在汽車水泵泵體上，這樣就能達(dá)到密封冷卻液的目的。
汽車水泵殼體通過密封墊與發(fā)動機(jī)連接，并且支撐各零部運(yùn)動件。汽車水泵殼體上在水封和軸承之間還有一個(gè)泄水孔。當(dāng)有冷卻液漏過水封，冷卻液就可以從泄水孔排出，從而防止冷卻液進(jìn)入軸承腔導(dǎo)致部件的腐蝕和破壞軸承的潤滑。
第3章汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的概述
3.1水泵軸承的類型
3.1.1水泵軸承的分類
水泵軸承的種類有很多種，在水泵組成的零件中軸承也是其中的重要組成部分。水泵軸軸承有整體式，雙列式，密封式，負(fù)載式。 WR結(jié)構(gòu)可以承受滾柱中的高徑向載荷。該泵軸軸承結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和維護(hù)。泵軸軸承主要用于汽車發(fā)動機(jī)冷卻水泵。每個(gè)泵都配有一組泵軸軸承。它還廣泛應(yīng)用于紡織機(jī)械，木材加工機(jī)械，手持工具等。但是，汽車泵軸軸承沒有市場。因?yàn)槿绻檬?。它將被替換，而不是固定的。但至少有80％的汽車在報(bào)廢之前需要更換。所以。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，泵軸軸承的銷量基本與汽車軸承銷量相同。汽車產(chǎn)銷量逐年增加。泵軸軸承行業(yè)的發(fā)展空間也非常廣闊。
具體分類：（如圖3.1所示）
①WB雙列球水泵軸連軸承
②WR一列球一列滾子水泵軸連軸承
③WB...C雙列球水泵軸連軸承(內(nèi)部設(shè)計(jì)變更為角接觸)
④WC…C一列球一列滾子水泵軸連軸承（內(nèi)部設(shè)計(jì)變更為四點(diǎn)接觸）
圖3.1水泵軸連軸承
3.1.2各類軸承結(jié)構(gòu)和功能簡述
滾動軸承可分為內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)是由內(nèi)圈和外圈組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由滾動體和保持器組成（如圖3.2所示）。滾動軸承的內(nèi)圈是與工作的軸相連接并一起完成旋轉(zhuǎn)。而軸承的外環(huán)與軸承座匹配，來幫助軸的旋轉(zhuǎn)工作，有一定的輔佐功能。軸承的滾動體是在軸承的內(nèi)圈和外圈中間均衡分布，由保持器進(jìn)行夾持。滾動體是通過保持器夾持均衡的分布在內(nèi)外圈中間，并且能保證滾動體的位置不變化，可以使?jié)L動軸承正常的滾動和潤滑。滾動軸承的性能和使用壽命跟滾動軸承的零件結(jié)構(gòu)也有很大關(guān)聯(lián)，比如滾動體大小和數(shù)量還有保持架的穩(wěn)定程度，都會對滾動軸承產(chǎn)生影響?；瑒虞S承通常包括整體襯套、油孔、軸承座和螺紋孔。滑動軸承在滑動摩擦中發(fā)生。滾動摩擦主要取決于制造精度?；瑒虞S承的摩擦主要由滑動軸承表面的材料決定。
圖3.2滾動軸承的結(jié)構(gòu)
滑動軸承的結(jié)構(gòu)與滾動軸承的結(jié)構(gòu)完全不同，滑動軸承沒有內(nèi)外環(huán)，而且還沒有滾子。在材料方面也有很大的不同，通常滑動軸承是由耐磨材料制成。它通常用于低速重載運(yùn)輸和注潤滑油，和一些結(jié)構(gòu)繁雜不好修理的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。關(guān)節(jié)軸承的滑動界面是一種主要用于擺動、傾斜和旋轉(zhuǎn)的球。滾動軸承按軸承或接觸角的名稱可分為向心軸承和止推軸承。徑向接觸軸承是向心軸承，其名義接觸角為0度。向心接觸軸承是向心軸承，其名義接觸角大于0度至45度。軸承是軸承接觸件，名義接觸角為90度，推力角接觸軸承是一種軸承，其接觸角在其名稱上大于45度，但小于90度。
根據(jù)滾動體的形狀，可分為滾珠軸承和滾子軸承。滾子軸承按滾輪類型分為:圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承和球面滾子軸承。根據(jù)它的工作,它可以分為調(diào)整軸承的滾道是球形,兩者之間的角度偏差水溝軸和軸承的角運(yùn)動和非調(diào)整軸承(剛性軸承)的軸承阻抗之間的軸角偏差水溝。根據(jù)軋輥的數(shù)量，可分為單行軸承、雙列軸承和多行軸承。它可分為可分離軸承和不可分離軸承，根據(jù)其部件(環(huán))是否可分離。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和形狀(如果沒有填充槽，內(nèi)、外環(huán)和環(huán)的形狀、塊的結(jié)構(gòu)、甚至沒有籠)可分為多種結(jié)構(gòu)類型。根據(jù)其外徑的大小，將其分為微軸承。
深溝球軸承是滾動軸承中結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)用最多的一類軸承。與其他類型軸承相比，這種軸承具有摩擦系數(shù)小、速度限制高、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、精度高、不需要頻繁維護(hù)、尺寸和形狀范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是我國軸承中使用范圍較廣的一類軸承的類型。它相比滾動軸承最大的特點(diǎn)是能承受不同方向的徑向載荷，由軸向和徑向。當(dāng)僅承受徑向載荷時(shí)，接觸角為零。在深溝球軸承安裝在軸上后，軸或殼體的軸向位移可以限制在軸承的軸向間隙上，因此可以在兩個(gè)方向上定位。深溝球軸承具有大的徑向游隙和能夠承受較大軸向載荷的特征角接觸軸承。深溝球軸承在大軸向載荷下高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)優(yōu)越性能比推力球軸承好。此外，該軸承也有它的特點(diǎn)，在不同的工作環(huán)境中具有一定的定心能力。當(dāng)軸承相對于殼體孔傾斜2’～10’時(shí)，仍然可以保持正常的工作性能，但工作時(shí)間過長還是會影響軸承的使用壽命。
角接觸球軸承是常用的六種軸承，以36和46軸承為代表。角接觸通常是15度、25度、45度等。滾珠軸承是在兩個(gè)滾道的內(nèi)圈和滾道之間的滾珠軸承。外環(huán)滾道表面的曲率中心與軸承中心的曲率中心相同，因此具有與自動校直滾珠軸承相同的定位功能。
滾珠軸承有著很明顯的一個(gè)特點(diǎn)，他能比其他軸承在承受徑向載荷能力上更加優(yōu)越。在工作中通常用在載重工作量加大和沖擊載荷較大的機(jī)械中。內(nèi)圈的內(nèi)徑是可直接安裝的錐形孔軸承?；蚴褂镁o固套筒和拆卸氣缸安裝在汽缸軸上。該籠采用鋼沖壓和聚酰胺成型。滾珠軸承適用于重載、沖擊載荷、精密儀器、低噪聲電機(jī)、汽車、摩托車、冶金、軋鋼、米爾斯、采礦、石油、造紙、通用機(jī)械等行業(yè)。
推力球軸承也有不同的結(jié)構(gòu)，一般分為兩種結(jié)構(gòu)，由單向和雙向推力軸承兩種。推力軸承在承受載荷力的問題上有著嚴(yán)格的要求，它們只能承受單一的軸向載荷。如果受到徑向載荷將會損壞推力軸承。推力軸承的結(jié)構(gòu)由軸承環(huán)和活環(huán)兩個(gè)部分，還有緊固環(huán)和襯套緊，活動環(huán)支撐在軸承座上。環(huán)件和滾動件通常由滾動軸承鋼制成，這樣會使軸承有著更好的性能。強(qiáng)度和耐磨性能方面會有更好的效果。經(jīng)過材料的熱處理后表面硬度應(yīng)達(dá)到59.9～64.9RHC?；\子是用軟鋼板或銅合金布、酚醛樹脂或塑料沖壓而成的。
雙列圓錐滾子軸承的角接觸球軸承的接觸角一般為60度角接觸球軸承，一般用作雙向推力角接觸球軸承。主要用于精密機(jī)床主軸,它通常與雙柱滾柱軸承結(jié)合使用，并能承受雙向軸向載荷。具有精度高、剛性好、溫升低、速度快、組裝拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)。
滾針軸承滾子軸承都裝有細(xì)長滾子（滾子的長度是直徑的3到10倍，直徑一般不大于5毫米），所以徑向結(jié)構(gòu)緊湊，其內(nèi)徑和承載能力A。同時(shí)，其他類型的軸承外徑最小。特別適用于徑向安裝的有限支撐結(jié)構(gòu)。
滾針軸承在工作時(shí)有著不同的組合，在不同的情況下一般可以選擇不同的組件，組件類型有的內(nèi)圈軸承組件還有滾針和保持架組件。同時(shí)，在工作過程中軸頸表面和外殼的外表面要與滾動軸承的內(nèi)外表面相互密切的配合，這樣才能使加載和運(yùn)行性能與環(huán)軸承、軸表面硬度或套管孔相同。加工精度和表面質(zhì)量應(yīng)與軸承套圈一致。
組合滾子軸承的使用是由徑向滾針軸承和推力軸承部件組成的軸承單元。其結(jié)構(gòu)緊湊，旋轉(zhuǎn)精度高，具有一定的軸向載荷，徑向載荷非常高。產(chǎn)品形式多樣，適應(yīng)性廣，安裝方便。組合式滾針軸承廣泛應(yīng)用于機(jī)床、冶金機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械等機(jī)械設(shè)備，使機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常緊湊靈活。球軸承外球面球軸承在外環(huán)上有一個(gè)球面，起到調(diào)節(jié)作用。
球面滾子軸承球面滾子軸承有兩個(gè)對稱球面滾子，主要承受徑向載荷，承受軸向載荷，但不支持純軸向載荷。這種軸承外圈滾道是球形的，具有良好的定位性能，可以補(bǔ)償同軸度誤差。當(dāng)軸被迫彎曲或安裝不同的軸承時(shí)，軸承仍可正常使用，調(diào)整能力隨軸承尺寸系列而變化。一般來說，定心角度為1到2.5度。該軸承具有較大的承載力。除了徑向載荷外，軸承還能承受兩個(gè)方向的軸向載荷，具有良好的抗沖擊性。球面滾子軸承允許更低的工作速度。適用于重載或振動荷載作用下的工作。
3.2水泵軸承在汽車發(fā)動機(jī)中的作用
汽車在工作的過程中發(fā)動機(jī)會產(chǎn)生很多的熱量，所以在發(fā)動機(jī)缸體中，加了很多循環(huán)管道，由冷卻液在管道中流動來吸取熱量，帶走多余的熱量來降低發(fā)動機(jī)的溫度。之后再由水管連接回到水箱中，在水箱附近有一個(gè)由發(fā)動機(jī)帶動的風(fēng)扇來降低水箱中冷卻液的溫度。以此循環(huán)就構(gòu)成了一個(gè)冷卻系統(tǒng)。
以上系統(tǒng)主要的核心是由一個(gè)泵來帶動整個(gè)循環(huán)的，在發(fā)動機(jī)的上部出口，安裝了一個(gè)泵，由風(fēng)扇皮帶驅(qū)動，并從發(fā)動機(jī)阻塞水道的水里泵出。把冷水抽進(jìn)來，到旁邊的一個(gè)恒溫器的泵里。所以在汽車運(yùn)行的過程中發(fā)動機(jī)水泵軸承起著很大的作用，軸承支持機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中減少摩擦系數(shù)，保證旋轉(zhuǎn)精度。從而減小水泵葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中旋轉(zhuǎn)精度，大幅度減輕了在旋轉(zhuǎn)過程中的摩擦，間接的減輕了發(fā)動機(jī)的負(fù)載。使水泵能都提供更大的壓力來帶動冷卻液，加快冷卻液的流量能更快地帶走發(fā)動機(jī)中的熱量，使冷卻效果更好。
水泵軸承在汽車發(fā)動機(jī)中也起到提高水泵的使用壽命，從而使整個(gè)冷卻系統(tǒng)效果更好，減少水泵在使用過程中的故障，提高效益。在經(jīng)濟(jì)效益上汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承都選用使用壽命長性能優(yōu)越造價(jià)較低的軸承，讓水泵性能更好，然冷卻液的循環(huán)效益最大化，這樣也可以減輕發(fā)動機(jī)的故障。提高汽車發(fā)動機(jī)的質(zhì)量效益。
第4章汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)及壽命校核
4.1影響發(fā)動機(jī)中水泵軸承使用時(shí)間的原因
4.1.1水泵軸承的設(shè)計(jì)概述
水泵軸承設(shè)計(jì)不算簡單，要求很多，非常受限，受到發(fā)動機(jī)部件布置的局限。自動的水泵組成結(jié)構(gòu)是非常緊實(shí)的?；径际怯奢S承，槽、軸還有滾軸直接在軌道上運(yùn)行，節(jié)省軸承內(nèi)圈。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，軸軸承由雙排滾珠結(jié)構(gòu)和一排滾子和一排滾珠結(jié)構(gòu)組成。WB軸承相比較而言，組裝不復(fù)雜，比較簡單，相對適合徑向載荷小的機(jī)器設(shè)備，但是如圖4.1所示的是WR軸承，跟。WB軸承相反，比較適用載荷較大的設(shè)備。
圖4.1軸承結(jié)構(gòu)組成示例圖
在國外，軸承的發(fā)展已經(jīng)很成熟，出現(xiàn)了對其的完整的定義和解釋，生產(chǎn)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。國內(nèi)也有很多生產(chǎn)軸承的廠家，也生產(chǎn)出很多種不同型號規(guī)格的產(chǎn)品。為了降低研究開發(fā)的成本與時(shí)間，在設(shè)計(jì)水泵時(shí)，會更加趨于實(shí)用性。在這樣的要求下，都對軸承的使用時(shí)間進(jìn)行檢查評估，因?yàn)椴粌H影響軸承本身的使用，也會影響水泵的設(shè)計(jì)。泵的軸承被安裝在鋼滾珠或這是滾柱之間,導(dǎo)致球或滾子的生活的差異在不同的列,和軸承的使用壽命是由最短的鋼球的生活。在設(shè)計(jì)泵的裝配位置時(shí)，應(yīng)盡量使不同排的鋼球或滾輪的使用壽命在負(fù)荷分配后接近。下面的例子以泵為例，分析了軸承裝配位置對其壽命的影響。泵是由正時(shí)皮帶,徑向載荷的大小和位置在確定泵的時(shí)間計(jì)時(shí)輪的設(shè)計(jì),但軸承的裝配位置可以調(diào)整泵的外尺寸時(shí)保持不變。軸承的徑向載荷為Fr，用來代表軸承跟負(fù)載之間的位置變化。它們之間的距離負(fù)載用Fr表示，軸承外環(huán)的邊緣用L來表示,需要分析軸承力、還有內(nèi)軸受力,受徑向載荷設(shè)定為Fr,鋼球的支撐力量用Fb表示,然后根據(jù)所學(xué)力的平衡原理和轉(zhuǎn)矩公司。為了表示平衡原理，列舉方程，推導(dǎo)如下所示:
力的平衡：a
以鋼球A 為支點(diǎn)力矩平衡：b
以鋼球B 為支點(diǎn)力矩平衡：c
根據(jù)a、b和c的方程，可以發(fā)現(xiàn)鋼球的受力是因?yàn)檩S承不同裝配位置的而產(chǎn)生的不同。圖4 .2是軸承所承受載荷示意圖。
圖4.2軸承所承受載荷示意圖
汽車泵軸承的設(shè)計(jì)壽命一般不低于5000 h。根據(jù)數(shù)字4 . 3所示，當(dāng)載荷位置在7.5mm之前或者在14.0mm之后都不符合軸承的壽命要求。而當(dāng)載荷位置11.2mm左右時(shí)軸承的壽命最長。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，軸承所承受的載力位置，以及軸承的混凝土裝配是根據(jù)其他尺寸的限制而定的位置，如果結(jié)構(gòu)是有限的，軸承不能在上面的位置間隔組裝，這意味著軸承的使用效果不能滿足設(shè)計(jì)要求，軸承類型必須更換。
圖4.3軸承裝配位置與軸承壽命關(guān)系圖
與此同時(shí)，還有其他因素影響著生命的設(shè)計(jì)，而排水洞的位置就是其中之一。排出孔的功能是使冷卻劑在水封的時(shí)間內(nèi)排出，因此在組裝泵組裝后，它應(yīng)該在泵體的下部打開，另一個(gè)閥體在泵的中部或上部打開以平衡泵體的內(nèi)部壓力。如果在設(shè)計(jì)階段不考慮泵的裝配方向，則引流孔的位置可能不正確。泵安裝完畢后，排氣孔位于泵體中部。如果冷卻劑不能在馬上排出來。它就會積聚在泵體設(shè)備里面，一直積壓滲透，甚至?xí)捷S承的的核心位置，可能會嚴(yán)重影響軸承的潤滑，使得表面腐蝕。最終可能導(dǎo)致軸承提前出現(xiàn)問題，不能使用，影響使用壽命。所以需要及時(shí)正確的把冷卻劑排出去，正確的使用排水孔。降低被冷卻劑的腐蝕的問題，避免軸承的壽命簡短。
4.1.2水泵軸承的組裝安裝介紹
軸承的使用時(shí)間更它的安裝有著很大的聯(lián)系。在這安裝的過程中，必須符合一定的規(guī)范：首先軸承、軸向中心線、裝配孔處于同意水平高度。如果錯誤裝配軸承，如果其被壓緊了，這之間就會產(chǎn)生問題，它的負(fù)荷就是不平衡。球的負(fù)荷也會增加。滾道軌跡不一致，籠內(nèi)產(chǎn)生額外的應(yīng)力，油脂加重，軸承溫度升高，相應(yīng)的球負(fù)荷增加。這些因素縮短了軸承的使用壽命，泵和泵體的軸承都有干涉配合。壓機(jī)用液壓或氣動壓力機(jī)。為了監(jiān)測壓力機(jī)的情況，通常在設(shè)備上安裝一個(gè)壓力監(jiān)測器。如果軸承載力超過設(shè)定范圍，則監(jiān)測儀器將自動報(bào)警，表明所產(chǎn)生的力是不正常的。這種情況可能是壓力過大的干擾，或者在沖壓過程中軸承可能會傾斜。通過這種方法，可以發(fā)現(xiàn)一些軸向軸承協(xié)調(diào)異常。然而，由于高壓設(shè)置范圍和設(shè)備壓力檢測的精度，很難找到一般壓力負(fù)荷偏差的設(shè)備。在實(shí)際生產(chǎn)中，泵體的加工精度保證了壓力配合干擾體積。按夾具保證壓緊。以泵為例，分析了軸承沖壓工藝和夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
泵的主要壓縮過程如下:
(1)在壓緊軸承前，泵體受熱至1009 C，使軸承孔內(nèi)徑增加，因熱膨脹，從而減小壓縮力;
(2)由于這種軸承的外圈長度較短，為了增加軸承的拉力，在壓力下軸承受壓;
(3)由于泵體的壁厚較小，在預(yù)裝時(shí)，軸承孔壁作為支撐，可以防止殼體變形或斷裂;
(4)壓頭壓在軸承的外環(huán)上，壓力機(jī)的行程限制較緊;
(5)在預(yù)擬合過程中，在夾具上裝有軸承的導(dǎo)套內(nèi)軸，通過導(dǎo)套內(nèi)軸來引導(dǎo)正確的位置。再通過軸承的壓合夾具進(jìn)行固定加緊。在泵的設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，按照上述程序進(jìn)行試件，并在調(diào)試好的狀態(tài)下使用泵進(jìn)行長時(shí)間的單一試驗(yàn)。測試后，發(fā)現(xiàn)軸承松動，在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生了大量的噪聲。拆卸后，發(fā)現(xiàn)軸承的一個(gè)球表面有異常磨損。根據(jù)這個(gè)狀態(tài)，軸承不能達(dá)到5000小時(shí)的壽命要求。經(jīng)過深入的研究，得出了軸承壓合過程的結(jié)論。事實(shí)上，可以看出，軸承的壓合不均勻，壓合傾斜是明顯的。通過對壓合夾具的多次試驗(yàn)和分析，認(rèn)為軸承座的不對準(zhǔn)是壓合夾具的一個(gè)問題。
軸承在裝配中出現(xiàn)的問題：
(1)壓導(dǎo)套與定位塊的同軸性過大，測量的同軸度為0.08 mm。
(2)導(dǎo)套與軸承內(nèi)軸間隙過大，測量值為0.06-0.09mm。
(3)在加載開始時(shí)，導(dǎo)套軸承內(nèi)軸的長度太小，達(dá)不到裝配要求。
通過上述實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題都會導(dǎo)致軸承在裝配過程中出現(xiàn)位置精度誤差，這就會使軸承液壓在壓裝過程中發(fā)生位置變化，從而影響軸承的使用壽命。
解決軸承在裝配中出現(xiàn)的問題:
(1)確保壓導(dǎo)套的同軸性和定位塊為0.01。
(2)調(diào)整導(dǎo)套內(nèi)徑，使軸承套筒與軸承內(nèi)軸間隙小于0.02。
(3)加長導(dǎo)套的長度，使導(dǎo)套的長度在壓力加載前的內(nèi)軸長度為25mm，在壓縮加載時(shí)起到了良好的導(dǎo)向作用，壓縮的壓力是向下的。
通過改善后的問題，修改夾具體，調(diào)整位置變化使其夾具被壓制。這樣就會使軸承在裝壓過程中不會出現(xiàn)位置問題。通過單泵試驗(yàn)測試可以對軸承的裝配有所改進(jìn)，從而保證軸承的正確使用安裝，使軸承能夠更好地與泵體結(jié)合提高工作效率。
所以夾具的使用程度直接影響軸承壓力機(jī)對軸承的壓裝。因此在設(shè)計(jì)夾具時(shí)要認(rèn)真研究多次測試，使導(dǎo)向套的定位精度更高，導(dǎo)向的位置越精準(zhǔn)。使其夾具更合適。如圖4.4所示。
圖4.4水泵壓裝夾具設(shè)計(jì)圖
4.2水泵軸承設(shè)計(jì)方案（以雙列球型水泵軸承為例）
4.2.1原則
決定泵軸承的工作速度一般不超過6 000 r / min,以及工作溫度小于120 c .徑向載荷在工作主要由傳動皮帶的張力和造成的負(fù)載重量和不平衡的部分,如葉輪和泵的聯(lián)軸器。雙球軸承泵的失效模式主要是指的是曼德拉的表面和外環(huán)槽，球表面的磨損和疲勞，以及密封的失效。本文僅從泵本身的結(jié)構(gòu)和力的角度論述了故障的原因。芯軸在徑向和軸向載荷下傾斜甚至彎曲。在工作中，外環(huán)與芯軸的交點(diǎn)與軸的交點(diǎn)可以進(jìn)入橢圓接觸的應(yīng)力集中，導(dǎo)致球疲勞和嚴(yán)重的球磨損。同時(shí)，主軸傾斜度增加了軸承密封與內(nèi)桿之間的摩擦力，密封與閥芯之間的密封增加，軸承溫度升高，軸承溫度升高，軸承內(nèi)充滿油或軸承。油的冷卻，甚至戒指的形狀，甚至戒指的形狀，都掉出來了。這就要求軸承和外環(huán)具有較高的高度和較小的徑向間隙。另一方面，為了提高生產(chǎn)效率，必須同時(shí)使用兩排的一次性組裝方法，需要一個(gè)大的軸承內(nèi)部空間。因此，芯棒和外環(huán)不應(yīng)太高，這也是確保尼龍扣件能夠充分潤滑和潤滑的必要條件。如何協(xié)調(diào)上述矛盾，確保泵軸承具有較高的使用壽命和良好的可制造性，是泵軸承設(shè)計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)點(diǎn)。通過上面的分析,可以確定泵軸承的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:
(1)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)（鋼球的直徑P,鋼球的直徑中心和球Z的數(shù)量應(yīng)該采取的高度系數(shù)設(shè)計(jì)擋土墻作為參數(shù)同時(shí)考慮高額定負(fù)載的軸承）。
(2)球填充角度控制在180~190度范圍內(nèi)，以提高大批量生產(chǎn)的裝配效率。
(3)在控制軸承徑向間隙時(shí)，應(yīng)控制雙通道徑向間隙的差值，其值不應(yīng)超過0.005毫米。
(4)軸承密封結(jié)構(gòu)要求密封性能好，摩擦力矩小，容易脫落。
4.2.2材料熱處理
水泵軸承的材料熱處理包括調(diào)質(zhì)處理和中頻感應(yīng)熱處理。水泵軸承的鋼球和滾子通常由高鉻軸承鋼制成，而軸和外環(huán)的材料是由碳鋼或高鉻軸承鋼制成。調(diào)質(zhì)處理是將先軸承放入電阻爐里進(jìn)行整體熱處理，然后在進(jìn)行油淬、高溫回火。之后進(jìn)行中頻感應(yīng)處理，進(jìn)行水淬和淬火，這樣會使奧氏晶體不易長大，馬氏體組織也會變得非常細(xì)小，從而提高了軸承材料的硬度和強(qiáng)度。軸軌道滲碳軸承鋼的硬度通常是60 - 65 hrc，高鉻軸承鉻鎳鋼軸通常是59 - 62 hrc，鋼球的硬度和滾子是61 - 65 hrc，外圈硬度通常是60 - 64 hrc。
4.2.3潤滑與密封
水泵軸承的潤滑都是不可調(diào)換的，潤滑脂只能用一次，不可以再添加或者更換。潤滑脂在軸承內(nèi)部一般占25%-50%的空間范圍。通用的潤滑脂都是2-3鋰基脂就可以滿足水泵軸承潤滑脂的要求，但當(dāng)環(huán)境溫度超過120度時(shí)，應(yīng)在高溫潤滑脂中使用。由于泵軸承速度快，冷卻條件差，所以對油脂的滲漏要提高防范措施，對防水性能上要加高要求。因此，對水泵軸承徑向接觸式橡膠密封結(jié)構(gòu)的使用也有一定的要求。密封圈的材料有很多種了，但為了使密封圈能更好的防止外物進(jìn)入和軸承內(nèi)部的潤滑脂泄露，在我國都是用晴橡膠密封圈。他相比氟橡膠密封圈的要求較低，造價(jià)便宜很多。但在性能方面上不如氟橡膠密封圈，由于工藝效果差距較大，普遍的軸承密封圈都是選擇晴橡膠密封圈。
潤滑油溢出。作為潤滑劑密封唇的一部分，通常會有少量的溢油密封罩。這個(gè)量應(yīng)該小于0.2克。密封罩的性能由材料和黑唇?jīng)Q定。以下是詳細(xì)的介紹:
一般的單唇型設(shè)計(jì)如圖4.5所示。
一般的單唇型密封唇都是應(yīng)用在大多數(shù)汽車水泵軸承中，其結(jié)構(gòu)是由橡膠密封部件組成，其結(jié)構(gòu)比較簡單。便于制造生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益高，適合很多種類的軸承。這種單唇型密封唇在裝配上也相對簡單，在安裝過程中不易出現(xiàn)問題，安裝操作簡單。
圖4.5傳統(tǒng)的單唇形設(shè)計(jì)
標(biāo)準(zhǔn)雙唇密封設(shè)計(jì)如圖4.6所示。
雙唇型密封唇比單唇型的密封唇結(jié)構(gòu)要先對復(fù)雜一些，對內(nèi)面的密封唇可以提高對潤滑脂的保持力，限制潤滑脂的溢出，保證了軸承的密封性能。雙唇密封唇的橡膠材料相比單純密封唇的橡膠材料要更加牢固，可以更好地防止外物進(jìn)入軸承內(nèi)部。雙唇密封唇在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要比單唇密封唇好很多，雙唇密封唇的外圈能夠更好的鎖緊密封蓋，減少扭矩。使其密封唇的性能更加優(yōu)越，提高了密封的性能，但由于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，造價(jià)較高，所以通常用特定的軸承中。
圖4.6標(biāo)準(zhǔn)雙唇密封設(shè)計(jì)
4.2.4游隙
滾動軸承內(nèi)部間隙的使用對軸承的性能、疲勞壽命、振動、噪聲、溫升等都有很大的影響。理論上，當(dāng)有輕微的負(fù)間隙時(shí)，軸承的使用壽命可以延長。然而，這種理想的情況是非常困難的，負(fù)間隙過大，會大大縮短軸承壽命。因此，通常應(yīng)使用零間隙或輕微間隙不為負(fù)間隙。在原水泵軸承徑向間隙的選擇,除了外環(huán)和軸承孔的過盈配合間隙引起的減少量的考慮,但也考慮到減少間隙溫度上升引起熱膨脹引起的相關(guān)組件。泵殼鋼和兩個(gè)鋁殼。軸承和外殼采用一般的干涉配合，建議的干涉量如圖4.7所示。水泵軸軸承與殼體之間的溫差較大，需要通過估算來獲得最小的間隙。但在大多數(shù)情況下是通過多次試驗(yàn)測試的結(jié)果和多次使用的經(jīng)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)的。
RTL泵軸軸承無特殊要求，成套水泵軸軸承徑向間隙為15- 35u m(無負(fù)載間隙值)。日本公司NSK水泵軸承徑向間隙范圍為10-40um，德國公司FAG水泵軸承徑向間隙在10-36um范圍內(nèi)。如圖4.7所示。
表4.7泵殼內(nèi)徑偏差
軸承外徑D
泵殼內(nèi)徑偏差(μm)
鐵殼泵
鋁殼泵
20—24
-27-- -48
-46-- -67
24—30
-33-- -53
-56-- -77
30—52
-34-- -59
-71-- -96
圖4.8游隙設(shè)計(jì)
4.2.5精度
水泵軸承的尺寸公差應(yīng)符合表4.1的規(guī)定，其表面粗糙度應(yīng)符合表4.2的規(guī)定。旋轉(zhuǎn)精度，徑向軸承軸向跳動應(yīng)小于0.025mm。
表4.1軸連軸承尺寸公差
外
套
圈
D(mm)
△D(mp)
VD(mp)
VD(mp)
△Cs
VCs
超過
到
上偏
差
下偏
差
最大
最大
上偏
差
下偏
差
最大
18
30
0
-11
12
8
0
-250
20
30
50
0
-13
16
10
0
-250
20
50
80
0
-15
20
11
0
-250
20
軸
D(mm)
△D(mp)
VD(mp)
VD(mp)
△Cs
超過
到
上偏
差
下偏
差
最大
最大
上偏
差
下偏
差
10
18
0
-11
8
8
0
-500
18
30
0
-11
9
9
0
-500
表4.2表面和端面的粗糙度圖
部位
外徑
端面
圓角
Ra不大于
外套圈
0.63
6.3
5
軸
0.63
6.3
5
4.2.6軸承的壽命
水泵軸承在旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾道和滾動體在載荷作用下連續(xù)不斷地滾動，即使在正常情況下，也會由于材料疲勞而導(dǎo)致滾道表面和滾動表面損傷。軋制速度的疲勞壽命在調(diào)用前出現(xiàn)總疲勞損傷。由于材料疲勞的離散性，即使結(jié)構(gòu)和尺寸材料在相同的軸承內(nèi)完全加工，軸承的疲勞壽命也與在相同條件下旋轉(zhuǎn)時(shí)相同。在這種情況下，90%的軸軸承不會出現(xiàn)滾動疲勞損傷的總數(shù)?；镜念~定壽命“被稱為”軸承，承載基本額定動態(tài)負(fù)荷，等效動載和基本額定生命部分關(guān)系等類型，如使用壽命時(shí)間、行走距離等。
①
②圓柱滾子軸承：
③深溝球軸承：
: 基本額定壽命，h
: 基本額定壽命，h
:基本額定壽命，h
:當(dāng)量動負(fù)荷，N(Kgf)
: 基本額定動負(fù)荷，N(Kgf)
:轉(zhuǎn)速，rpm
: 壽命指數(shù),水泵軸承球端P=3
水泵軸承滾子端P=10/3
: 車輪或輪胎直徑，mm
4.2.7貯存與安裝
泵軸承的安裝必須非常小心，因?yàn)橐坏┗覊m或碎片進(jìn)入軸承滾道，就會增加噪音和振動，甚至?xí)黾庸收?。在安裝前，必須始終把部件放在原包裝中，不要去除灰塵和防腐包裝。如果在配合面上安裝過程中發(fā)生偏心，就會使軸承受力不均勻，產(chǎn)生不平衡載力現(xiàn)象。偏心組件在旋轉(zhuǎn)過程中就會發(fā)生傾斜現(xiàn)象，從而就會發(fā)生轉(zhuǎn)矩的不同。所有帶有偏心和旋轉(zhuǎn)載荷的部件都不是靜止的，都是在隨著運(yùn)動的方向去旋轉(zhuǎn)，跟著軸的轉(zhuǎn)動一起運(yùn)動。如果上述情形對滾道的加載方式有所不同的改變了，就會影響主軸軌道的加載。它就會成為主軸滾道點(diǎn)加載，外環(huán)滾道360周向載荷。通常情況下，泵外跑的滾道是一個(gè)點(diǎn)加載，而主軸滾道是加載整個(gè)圓周。在這種情況下,輥邊緣應(yīng)力和單行軌跡偏差,使籠壓力,加強(qiáng)潤滑劑風(fēng)潮,軸承工作溫度的增加,等效負(fù)荷被添加到每一列的滾動體,和軸承的疲勞壽命將會縮短。為了分析這些問題的嚴(yán)重性，在安裝水泵軸承時(shí)，我們要時(shí)刻注意軸線的位置，因?yàn)樗械牟考家獙Ρ容S線當(dāng)做中線來裝配。然后再安裝一個(gè)壓力機(jī)，外圈或軸在任何時(shí)候都不能被直接擊中。
4.3水泵軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)
4.3.1高質(zhì)量的材料和合理的結(jié)構(gòu)
高潔高碳鉻軸承鋼清潔度低含氧量的水泵軸承外圈和滾動體材料;滾子滾輪，即使有偏置載荷，也能避免邊緣應(yīng)力。芯棒鋼經(jīng)特殊熱處理硬化，具有柔軟的心，具有一定的彈性，在安裝和使用中具有一定的防震性能。在主軸主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)力集中必須平穩(wěn)，以避免應(yīng)力集中。水泵軸承外圈和滾動體采用真空剝離、淬火等工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)SA E52100碳鉻鋼，整體性能達(dá)到59~65HRC;心軸是由美國汽車工程師協(xié)會的1070鋼制造的，在高頻感應(yīng)淬火后表面硬度為58~ 64HRC。以上設(shè)計(jì)使軸承疲勞壽命高，抗裂性高。
4.3.2水泵軸承徑向的設(shè)計(jì)原理
由于水泵軸承在工作中在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會因一些外因受到不均衡的載荷力，使其位置有所偏離。因此軸承芯棒在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中容易產(chǎn)生傾斜的振動，因此產(chǎn)生了原有的內(nèi)部軸承徑向間隙。使其對水泵軸承產(chǎn)生影響。
由于徑向間隙能在一定程度上影響軸承的使用性能和壽命效果，所以水泵軸承徑向間隙的設(shè)計(jì)非常認(rèn)真。徑向間隙有點(diǎn)消極,希望可以軸承最長的生活,但為了實(shí)現(xiàn)這一理想狀態(tài)是極其困難的,但負(fù)間隙過量將大大縮短軸承的使用壽命,所以我們應(yīng)該選擇一個(gè)略大于零間隙值作為標(biāo)準(zhǔn)的間隙。標(biāo)準(zhǔn)間隙值為q0.1 ~ Q0.4ym;FAG和KO YO的標(biāo)準(zhǔn)間隙值為q0.1 ~ Q0.35um;SKF公司按要求和安裝條件為q0.l~ Q0.25pm的徑向間隙和q0.1~Q0.30向間隙。
4.3.3密封圈
水和濕度環(huán)境還有漏油和水（或水+冷卻劑）不同的環(huán)境都將會影響軸承的潤滑。使油膜未完全形成，甚至?xí)斐筛g。因此軸承是密封泵軸承設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。NSK軸承公司根據(jù)不同的環(huán)境開發(fā)了R型、HR型和W-HR三種密封結(jié)構(gòu)（如圖4.8），具有良好的反向W-HR和HR型，改善了R型潤滑脂泄漏和滲水性能。在不同的環(huán)境下密封的外徑與外座圈的溝槽都能更好的結(jié)合在一起，能夠更好的做到讓軸承防止外漏和內(nèi)進(jìn)外物。密封圈內(nèi)徑為雙唇部結(jié)構(gòu)，主唇是防水的，滲透能力較強(qiáng)，第二唇防止漏油，特別是對發(fā)動機(jī)振動和軸不平衡。W-RH密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)不僅是人力資源型密封圈在外，由于第三唇和不銹鋼油環(huán)的作用，水不能進(jìn)入主唇，以免人力資源的主要唇腐蝕穿孔唇密封，IM證明了密封可靠性，提高了軸承的使用壽命。KOYO精密橡膠制造公司采用RS型密環(huán)密封圈、密封圈直徑雙唇結(jié)構(gòu)，具有良好的耐水性和抗漏油穩(wěn)定性。SKF公司采用丙烯酸防水防油精細(xì)丁烯。作為二烯橡膠密封材料。
圖4.8密封結(jié)構(gòu)
4.3.4水泵軸承潤滑脂
水泵軸承內(nèi)部的潤滑脂是在軸承生產(chǎn)后加入的，在隨后的工作中不會再添加或者更換。因此潤滑脂的選擇非常重要，脂質(zhì)的質(zhì)量高低直接影響潤滑脂的潤滑效果，潤滑效果不好就會影響軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使軸承的使用性能和壽命下降。為此水泵軸承開發(fā)了一種W- PH潤滑脂。該潤滑脂具有以下的優(yōu)點(diǎn):(1)具有高耐水性和耐熱性的增稠尿素混合物，長期保持其固有的潤滑性;(2)油脂的基礎(chǔ)油為聚烯烴，具有較高的抗氧化能力和熱穩(wěn)定性。（3）當(dāng)軸承溫升的時(shí)候，可防止油品變質(zhì)或軸承痙攣現(xiàn)象;具有防止油脂生銹的作用。W-PH潤滑脂、高溫潤滑脂(合成碳?xì)浠衔?和通用潤滑脂分別填充到水泵軸承進(jìn)行耐水性測試(測試條件:每日注射Q0.6ml水在軸承內(nèi)部,溫度80攝氏度,裝載在 10毫米的軸上加170N最后的外環(huán)面,其他條件和方法與密封耐久性測試類似)。而耐高溫試驗(yàn)(試驗(yàn)條件:溫度為140攝氏度，剩余的條件和方法與環(huán)耐久性試驗(yàn)類似)研究分析表明:高溫潤滑脂，耐熱性好，耐水性差;具有普遍的潤滑脂和耐水性能，但耐高溫、耐水、耐熱性等優(yōu)點(diǎn)比這兩種脂肪要好。
結(jié) 論
隨著現(xiàn)代社會工業(yè)的快速發(fā)展,水泵穩(wěn)定性增加，對使用時(shí)間的要求也越來越高。軸承是水泵的重要部件，如果軸承出問題，水泵就不能使用。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到這個(gè)問題，在平時(shí)使用的時(shí)候，也要學(xué)會方式方法，好好維護(hù)軸承，使其處在可以正常使用的狀態(tài)，從而一起提高它的使用壽命效果和優(yōu)越性能。
根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的個(gè)方面問題做出了相關(guān)的研究與檢測，在汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的具體結(jié)構(gòu)和材料上作出全面的分析與研究。根據(jù)不同材料的選擇和熱處理來提高軸承的強(qiáng)度和彈性，對密封圈和潤滑脂采用不用的設(shè)計(jì)和選擇，以減少所有的可能出現(xiàn)的隱患，提高汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承的可靠性能。并對軸承的徑向游隙的合理配合和相關(guān)運(yùn)動載荷還有運(yùn)動動公式的壽命計(jì)算，以提高水泵軸承的使用壽命。在每個(gè)可能導(dǎo)致軸承發(fā)生異常的情況下進(jìn)行全面深度的分析。使汽車發(fā)動機(jī)水泵軸承更加耐用，以提高發(fā)動機(jī)水泵軸承的最大效益，得出以下結(jié)論：
（1）通過對軸承結(jié)構(gòu)材料的不同選擇和熱處理效果，使得軸承在工作旋轉(zhuǎn)中即使受到偏置載荷，也能避免邊緣應(yīng)力，減小軸承損壞。
（2）對軸承密封圈的特殊設(shè)計(jì)和潤滑脂不同選擇，以提高軸承的防水和防漏性能，并且使?jié)櫥Ч?，持續(xù)時(shí)間更長，從而提高軸承的使用性能。
（3）通過對軸承徑向游隙的合力配合和相關(guān)運(yùn)動載荷公式的壽命計(jì)算，來提高軸承的使用壽命。
（4）對軸承的裝載進(jìn)行研究，使其軸承裝載到最佳的位置，減少載荷提高軸承的穩(wěn)定性。
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