汽车发动机水泵轴承设计【含3张CAD图带开题报告-独家】.zip
汽车发动机水泵轴承设计【含3张CAD图带开题报告-独家】.zip,含3张CAD图带开题报告-独家,汽车发动机,水泵,轴承,设计,CAD,开题,报告,独家
汽车发动机水泵轴承设计摘要随着国际汽车工业的快速发展,汽车性能越来越高,汽车发动机也越来越强劲,动力越来越大。对冷却系统要求越来越高,因此对发动机水泵轴承性能提出更高的要求。从而对汽车发动机水泵轴承进行全面深度的优化设计,消除可能发生的隐患。增加汽车发动机水泵轴承耐用度,提高汽车发动机水泵轴承的使用性能。根据轴承的结构与材料进行全面分析,以提高汽车发动机水泵轴承使用寿命,消除轴承在工作中不稳定性的原因,对轴承在工作中可能发生的玻璃烧伤、擦伤卡伤、生锈、腐蚀等现象进行分析和研究。避免轴承损坏,并对轴承的装配工艺进行优化装配,提高轴承的可靠性与稳定性,从而使汽车发动机水泵轴承在工作中能更加具有较高的寿命和更好的优越性能。以提高汽车水泵轴承在工作中的使用效果增加轴承的耐用度。关键词:发动机;轴承;设计;寿命;稳定;AbstractAccording 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 -目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题研究目的和意义简述11.2 国内外有关情况的简要介绍21.2.1 国内研究情况简要介绍21.2.2国外研究情况简要介绍21.3论文的研究内容及其研究方法介绍31.3.1论文的研究内容简述31.3.2论文研究方法简述3第2章发动机和水泵的简介42.1发动机的简单介绍42.2发动机的基本结构及工作原理52.2.1发动机基本结构52.2.2工作原理52.3发动机水泵的基本结构及工作原理62.3.1发动机水泵的基本结构和性能62.3.2发动机水泵的工作原理6第3章汽车发动机水泵轴承的概述83.1水泵轴承的类型83.1.1水泵轴承的分类83.1.2各类轴承结构和功能简述93.2水泵轴承在汽车发动机中的作用12第4章汽车发动机水泵轴承的优化设计及寿命校核134.1影响发动机中水泵轴承使用时间的原因134.1.1水泵轴承的设计概述134.1.2水泵轴承的组装安装介绍154.2水泵轴承设计方案(以双列球型水泵轴承为例)174.2.1原则174.2.2材料热处理184.2.3润滑与密封184.2.4游隙204.2.5精度214.2.6轴承的寿命234.2.7贮存与安装244.3水泵轴承的优化设计244.3.1高质量的材料和合理的结构244.3.2水泵轴承径向的设计原理254.3.3密封圈254.3.4水泵轴承润滑脂26结 论27参考文献28致 谢30IV- IV -第1章绪论1.1 课题研究目的和意义简述现今社会 ,国内外汽车行业的发展很快,发动机作为汽车里面的主要组成结构,发展的也越来越迅速。轴承是水泵的关键部件,关乎发动机的好坏,所以必须性能好,各方面都考虑周到。主要是用来承担机械的旋转体。在运动作业时候,物理降低设备产生的摩擦系数。在回旋的时候,精度必须要得到保证。最近几年,汽车发动机冷却水泵用到的轴承,有了新的发展,产生的一种新型轴承。这种轴承的热稳定性很好、承载能力也很强并且有非常好的密封性能,基于这些优势,目前很多的汽车、机械、电气行业等等都在使用。但是这种轴承主要在现实生活中非常实用,不是源于已有的理论,而是实践得知。所以在理论知识和理论设计方面非常不足。工程领域的精英学者一直都在研究这个问题。都想理论证明轴承在应用过程中产生的各项参数性能指标等数据,然后更好的服务研究从对水泵轴承进行合理化、科学化地设计,这也成为机械工程专业领域的一项研究课题。工业应用中轴承使用不是完全合理的,经常也会有问题出现。首先,轴承表面的剥离和损坏;其次,就是原本的裂纹长时间使用,出现的这样,那样的问题;还有维护是个很大的难题。需要维护支架不被破损、擦伤又或者卡伤、生锈然后导致的腐蚀、相似的还有磨蚀跟电蚀;最经常出现的还有压痕碰伤等等的问题。水泵如果不能用,最可能的原因就是轴承损坏。轴承出现的问题,不严重的也会导致发动机不能正常的运转和工作,如果特别的也会直接导致发动机的严重受损。所以对水泵轴承的设计,必须全面具体深化设计,从产品研发到最终的装配工艺,都要仔细专研。从而从根本上解决这些问题,这些隐患,使得发动机水泵轴承能够长时间的服务与发动机。这次毕业论文就是跟水泵轴承的不良产生的问题做出分析与解答,从而加长轴承的工作时间,解决使用问题。1.2 国内外有关情况的简要介绍1.2.1 国内研究情况简要介绍现阶段,在我国的发展过程中,发动机水泵轴承的发展迅猛,很多制造业都在研究与实验。工业的发展离不开发动机。在社会上对水泵轴承的购买,需求很旺盛,导致其的研究很快,变更也很快。许多企业都研究了高新高端的发动机水泵轴承。在很多行业甚至研究领域都有用的。所以研究出了很多类型的轴承,例如航空航天水泵轴承、带精密的光伏轴、滚动轴承、起重机滑轮轴承等等。我们国家在水泵轴承的行业领域正在扩大,需要企业加入进来。良好的经济效应带动着这一发展。目前全国从事这一行业的企业有2000多家,在其中从事相关工作的人员大约有40多万人。在近几年,我国的发动机水泵轴承制造行业的总产值成上升趋势,在2010年是1932.11亿元的总产值,对比往年,增长27.59%。它的销售收入增长也很快,销售收入基本都在为2000亿元以上,每年增长30.30%,由此利润很高,总额高达1130亿元,每年增长26.54%左右。1.2.2国外研究情况简要介绍目前国外许多研究轴承的专业公司发展很快,已经成功地研制一种新型的汽车发动机水泵轴承。这种轴承,寿命长,并且实用可靠。这种新型的轴承的设计大体上分为两种方式:首先是相对简单的双列球型,这种类型的轴承组成相对简单很多。但是也有它的局限性。它只适合较小径向并且轴向载荷下的部分情况;还有一种是一列球一列滚子型,这种类型的轴承有很多优点。因为他具备球轴承的的优点。球轴承是可一承受径向载荷和轴向载荷两种的,并且它还有滚子轴承功能特点就是可一承受高的径向载荷的情况。在一些特殊的高载荷还有有冲击载荷情况下,非常的实用。为了提高轴承的寿命,这种轴承在滚子一端的心轴上,安装了皮带轮还有风扇。虽然可能产生不平衡载荷,但是在延长使用时间上面非常好。国外会给滚动轴承加润滑,主要是减少轴承里面部件的内部摩擦,尽量避免磨损。并且可以防止烧伤与粘贴;增加使用工作时间;顺便把摩擦产生的热量排出、对其惊喜冷却,使得轴承处在适当的温度下面,正常的工作。同时还有减少润滑油本身的实效时间;阻挡杂物或者灰尘进入到轴承内部,还有防锈、防腐蚀的实用效果。轴承的使用材料必须质量过关,设计结构必须合理科学;水泵的轴承设计必须科学;必须还有具有良好的密封圈,这些都是国外公司设计这两种类型水泵轴承的关键方面。1.3论文的研究内容及其研究方法介绍1.3.1论文的研究内容简述论文的目地是对发动机水泵轴承进行研究,清楚明了作用,明确优点,改进缺点,形成新的方案。水泵的载体发动机的作用很明显,就是转化能量。它是能够不同形式的能量都转化成为我们所需的机械能的一种机器。这种机器其实有很多类型,在通常情况下,大多数发动机都是将化学能转化为机械能。从而实现机械的运动,提供对机器工作的动能,使机器能够正常的工作。水泵的发挥着让冷却的水循环于发动机水套跟散热器之间,未来保证维持发动机能够在适宜的温度范围之内进行正常的工作运转;体、带轮、轴和轴承、滑环密封及叶轮等配件组成水泵。轴承的性能严重影响着水泵的使用时间、使用性能。现在应用在工业机械的功率越来越高,这就要求零部件的功能、性能及使用时间必须得到保证,必须要好。论文为了学以致用来进行研究,主要是研究发动机、水泵、轴承的零部件研究,对比现有发动机水泵轴承的应用的具体的优点及其缺陷,做出改进的方案。1.3.2论文研究方法简述通过在图书馆查询相关文献资料,增强对课题的理解和认识,扩充知识储备量增强自我学习能力。同时在准备过程中广泛查阅了发动机水泵轴承相关设计资料,确保研究的准确性.询问工作中经常接触水泵轴承的人员,充分了解其运作方式与精细结构从而保证设计方案与论文的真实性。在网上阅读有关内容,查阅学术类文章与相关图纸。同时在以下网站进行相关国内外文章的查阅,这些网站有的更精确,有的更便捷。进一步运用文献调研分析的方法,分析汽车水泵轴承的现状利用文献调研分析的方法。在撰写论文的时候,需要查阅大量的关于水泵轴承的资料,以及探析我国发动机水泵轴承等与本研究相关的文献,并对相关文献进行整理、评述与综述。第2章发动机和水泵的简介2.1发动机的简单介绍发动机的工作原理是转化能量,是把其他多余的能量都转化成为人类所需要有关机械能的一种机器。这种机器其实有很多种类。大致可分为内燃机和外燃机,其工作原理大致都相同,都是将其能量转换成动能,来带动机器运转。还有一些发动机是将电能转化为动能。俗称电动机。所以发动机都是提供能量的核心元件,是将一种能量转换成另一种机器所需要的能量来维持机器工作。发动机是英国人最先发明的,因此,发动机的定于也是英国人定义的,它的意识是指那机械装置,能够产生动力的机械装置。发动机的产生、发展起初也是循序渐进的过程,随着工业的发展,起初是蒸汽机,后来是外燃机,最后是内燃机,这三个发展阶段。通常说燃烧物在装备外面燃烧,被称之为外燃机。外燃机是苏格兰的R.斯特林在1816年发明的,书本上还有人们口头上习惯称它为斯特林发动机。发动机的工作原理是为了将燃烧而产生的热能最终转化成为我们机械所需要的动能。例如著名的外燃机就是蒸汽机,最早的蒸汽机是由瓦特所改良,是一个典型。在起初,大量使用煤炭的时代,每天燃烧大量的煤,从而产生热能,热能然后用来烧水,这就产生的很多的大量的水蒸汽时,导致了很大的压力也就是高压,利用高压做机械能,最终热能转变成动能。内燃机其实跟外燃机是相对的,更加定义,就可知道燃烧物在机械里面燃烧。不过内燃机的种类要比外燃机多很多。比如柴油机是典型的内燃机。火箭上装的发动机很显然是内燃机。但是是很特殊的。当然,定义不仅仅是用来区分作业原理,还是因为它们的产能方式不一样。大都情况下,外燃机都是在地表使用,在空中基本都是内燃机。有时科学家也会突发奇想,把喷气式发动机装在汽车上,乙满足汽车制造商的想法,记录最快的车速。这种特殊的使用方式并不常见,也不实用。燃气轮机其实就是热能转化成高压燃气的原理。主要手机利用燃气的产生的高压来推动机器的运行。燃气轮机其实不用于汽车还有摩托车上,但它的使用也是很多的,特别是在赛车上,因为这种燃气机的功率没办法固定,幅度范围比较大。2.2发动机的基本结构及工作原理2.2.1发动机基本结构机体如图2.1所示,是发动机的基本结构。发动机由以下部件组成:1.凸轮轴;2.静音链条;3.进气门;4.喷油器;5.活塞;6.燃烧室;7.连杆;8.曲轴;9.气缸体等等。这些部件必须具有足够的强度,较大的刚度。图2.1发动机的基本结构2.2.2工作原理发动机通常分为四冲程和二冲程发动机。以四冲程发动机为例,四冲程发动机主要有进气压缩功率和排气空气。四冲程汽油发动机是一定比例的空气和汽油混合气体,吸入气缸进气冲程期间,压缩点火燃烧气体混合物通过生成的热,导致产生高温高压的气体,然后对活塞的顶部往复直线冲击运动,跟其他配件相配合最终产生机械能。进气冲程、压缩行程、动力冲程还有排气冲程同时连贯的工作时发动机整个工作的过程。2.3发动机水泵的基本结构及工作原理2.3.1发动机水泵的基本结构和性能在汽车发动机工作的时候,主要通过水泵带动冷却液流动,从而完成整个冷却系统的循环。通过循环的冷却液来吸收发动机在工作中产生的热量,从而保证汽车在工作时各部件不会产生过高温度。这样就保证了发动机在工作过程中的温度,从而减少了发动机可能发生的故障问题。这样也提高了汽车的使用性能等方面问题。一般情况下,发动机的水泵会分为很多不同的型号,每种型号都有自己不同的特性。比如根据其配套要求的不同类型或者工作的方式与环境的不同来进行分类。通常常用的水泵会分为离心泵、旋转容积泵和旋涡泵三种。但考虑到汽车的整体空间设计,会减小汽车发动机水泵所占用的空间。因此发动机水泵在设计过程中要采用体型小的,但又要考虑水泵的优越性能,所以在一般同情况下会选用重量轻的结构简单的离心水泵。还要尽量要求排水量大的水泵,在我国一般都会选择单级离心水泵。离心水泵由很多零件组成,分为外主体和内主体。外形主体主要是由泵体和顶盖等部分组成。内主体主要是由水封、叶轮、轴承、轴套等部分组成。汽车发动机水泵的内部结构(也称水室结构)也分很多种类。在我国汽车发动机所用的水泵内部结构有螺旋形的水室,还有一本分内部结构是直筒型的水室。在我国汽车市场中,汽车发动机水泵大多数会用到螺旋形的内部结构。有很多汽车会把发动机和水泵连接到一起,这样会使的叶轮的结构集合参数对整个水泵的运动性能有一定的影响力。2.3.2发动机水泵的工作原理发动机水泵的工作原理是通过发动机带动皮带轮带动水泵轴承及叶轮转动,从而汽车水泵中的冷却液被叶轮带动旋转。在离心力的作用下被带到汽车水泵体的边缘,并产生一定的压力从水管或出水管流出。由于叶轮中心的冷却液被带出从而压力下降,产生压力差,水箱中的冷却液在汽车水泵进口与叶轮中心由于压力差的作用经水管别吸入叶轮中,从而实现了冷却液的循环作用。支撑汽车水泵轴的轴承是用润滑脂润滑,所以要防止冷却液泄漏到润滑脂造成润滑乳化,并且还要防止润滑液泄露。防止汽车水泵泄露的密封措施有水封和密封垫。水封动密封环与轴通过过盈配合装配在轴承与叶轮之间。水封经密封座紧紧压装在汽车水泵泵体上,这样就能达到密封冷却液的目的。汽车水泵壳体通过密封垫与发动机连接,并且支撑各零部运动件。汽车水泵壳体上在水封和轴承之间还有一个泄水孔。当有冷却液漏过水封,冷却液就可以从泄水孔排出,从而防止冷却液进入轴承腔导致部件的腐蚀和破坏轴承的润滑。第3章汽车发动机水泵轴承的概述3.1水泵轴承的类型3.1.1水泵轴承的分类水泵轴承的种类有很多种,在水泵组成的零件中轴承也是其中的重要组成部分。水泵轴轴承有整体式,双列式,密封式,负载式。 WR结构可以承受滚柱中的高径向载荷。该泵轴轴承结构简单,易于安装和维护。泵轴轴承主要用于汽车发动机冷却水泵。每个泵都配有一组泵轴轴承。它还广泛应用于纺织机械,木材加工机械,手持工具等。但是,汽车泵轴轴承没有市场。因为如果泵失效。它将被替换,而不是固定的。但至少有80的汽车在报废之前需要更换。所以。随着汽车工业的快速发展,泵轴轴承的销量基本与汽车轴承销量相同。汽车产销量逐年增加。泵轴轴承行业的发展空间也非常广阔。具体分类:(如图3.1所示)WB双列球水泵轴连轴承WR一列球一列滚子水泵轴连轴承WB.C双列球水泵轴连轴承(内部设计变更为角接触)WCC一列球一列滚子水泵轴连轴承(内部设计变更为四点接触)图3.1水泵轴连轴承3.1.2各类轴承结构和功能简述滚动轴承可分为内部结构和外部结构,外部结构是由内圈和外圈组成。内部结构由滚动体和保持器组成(如图3.2所示)。滚动轴承的内圈是与工作的轴相连接并一起完成旋转。而轴承的外环与轴承座匹配,来帮助轴的旋转工作,有一定的辅佐功能。轴承的滚动体是在轴承的内圈和外圈中间均衡分布,由保持器进行夹持。滚动体是通过保持器夹持均衡的分布在内外圈中间,并且能保证滚动体的位置不变化,可以使滚动轴承正常的滚动和润滑。滚动轴承的性能和使用寿命跟滚动轴承的零件结构也有很大关联,比如滚动体大小和数量还有保持架的稳定程度,都会对滚动轴承产生影响。滑动轴承通常包括整体衬套、油孔、轴承座和螺纹孔。滑动轴承在滑动摩擦中发生。滚动摩擦主要取决于制造精度。滑动轴承的摩擦主要由滑动轴承表面的材料决定。图3.2滚动轴承的结构滑动轴承的结构与滚动轴承的结构完全不同,滑动轴承没有内外环,而且还没有滚子。在材料方面也有很大的不同,通常滑动轴承是由耐磨材料制成。它通常用于低速重载运输和注润滑油,和一些结构繁杂不好修理的机械旋转部件。关节轴承的滑动界面是一种主要用于摆动、倾斜和旋转的球。滚动轴承按轴承或接触角的名称可分为向心轴承和止推轴承。径向接触轴承是向心轴承,其名义接触角为0度。向心接触轴承是向心轴承,其名义接触角大于0度至45度。轴承是轴承接触件,名义接触角为90度,推力角接触轴承是一种轴承,其接触角在其名称上大于45度,但小于90度。根据滚动体的形状,可分为滚珠轴承和滚子轴承。滚子轴承按滚轮类型分为:圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子轴承。根据它的工作,它可以分为调整轴承的滚道是球形,两者之间的角度偏差水沟轴和轴承的角运动和非调整轴承(刚性轴承)的轴承阻抗之间的轴角偏差水沟。根据轧辊的数量,可分为单行轴承、双列轴承和多行轴承。它可分为可分离轴承和不可分离轴承,根据其部件(环)是否可分离。根据其结构和形状(如果没有填充槽,内、外环和环的形状、块的结构、甚至没有笼)可分为多种结构类型。根据其外径的大小,将其分为微轴承。深沟球轴承是滚动轴承中结构和性能应用最多的一类轴承。与其他类型轴承相比,这种轴承具有摩擦系数小、速度限制高、结构简单、制造成本低、精度高、不需要频繁维护、尺寸和形状范围广等优点,是我国轴承中使用范围较广的一类轴承的类型。它相比滚动轴承最大的特点是能承受不同方向的径向载荷,由轴向和径向。当仅承受径向载荷时,接触角为零。在深沟球轴承安装在轴上后,轴或壳体的轴向位移可以限制在轴承的轴向间隙上,因此可以在两个方向上定位。深沟球轴承具有大的径向游隙和能够承受较大轴向载荷的特征角接触轴承。深沟球轴承在大轴向载荷下高速运转时优越性能比推力球轴承好。此外,该轴承也有它的特点,在不同的工作环境中具有一定的定心能力。当轴承相对于壳体孔倾斜210时,仍然可以保持正常的工作性能,但工作时间过长还是会影响轴承的使用寿命。角接触球轴承是常用的六种轴承,以36和46轴承为代表。角接触通常是15度、25度、45度等。滚珠轴承是在两个滚道的内圈和滚道之间的滚珠轴承。外环滚道表面的曲率中心与轴承中心的曲率中心相同,因此具有与自动校直滚珠轴承相同的定位功能。滚珠轴承有着很明显的一个特点,他能比其他轴承在承受径向载荷能力上更加优越。在工作中通常用在载重工作量加大和冲击载荷较大的机械中。内圈的内径是可直接安装的锥形孔轴承。或使用紧固套筒和拆卸气缸安装在汽缸轴上。该笼采用钢冲压和聚酰胺成型。滚珠轴承适用于重载、冲击载荷、精密仪器、低噪声电机、汽车、摩托车、冶金、轧钢、米尔斯、采矿、石油、造纸、通用机械等行业。推力球轴承也有不同的结构,一般分为两种结构,由单向和双向推力轴承两种。推力轴承在承受载荷力的问题上有着严格的要求,它们只能承受单一的轴向载荷。如果受到径向载荷将会损坏推力轴承。推力轴承的结构由轴承环和活环两个部分,还有紧固环和衬套紧,活动环支撑在轴承座上。环件和滚动件通常由滚动轴承钢制成,这样会使轴承有着更好的性能。强度和耐磨性能方面会有更好的效果。经过材料的热处理后表面硬度应达到59.964.9RHC。笼子是用软钢板或铜合金布、酚醛树脂或塑料冲压而成的。双列圆锥滚子轴承的角接触球轴承的接触角一般为60度角接触球轴承,一般用作双向推力角接触球轴承。主要用于精密机床主轴,它通常与双柱滚柱轴承结合使用,并能承受双向轴向载荷。具有精度高、刚性好、温升低、速度快、组装拆卸方便等优点。滚针轴承滚子轴承都装有细长滚子(滚子的长度是直径的3到10倍,直径一般不大于5毫米),所以径向结构紧凑,其内径和承载能力A。同时,其他类型的轴承外径最小。特别适用于径向安装的有限支撑结构。滚针轴承在工作时有着不同的组合,在不同的情况下一般可以选择不同的组件,组件类型有的内圈轴承组件还有滚针和保持架组件。同时,在工作过程中轴颈表面和外壳的外表面要与滚动轴承的内外表面相互密切的配合,这样才能使加载和运行性能与环轴承、轴表面硬度或套管孔相同。加工精度和表面质量应与轴承套圈一致。组合滚子轴承的使用是由径向滚针轴承和推力轴承部件组成的轴承单元。其结构紧凑,旋转精度高,具有一定的轴向载荷,径向载荷非常高。产品形式多样,适应性广,安装方便。组合式滚针轴承广泛应用于机床、冶金机械、纺织机械、印刷机械等机械设备,使机械系统设计非常紧凑灵活。球轴承外球面球轴承在外环上有一个球面,起到调节作用。球面滚子轴承球面滚子轴承有两个对称球面滚子,主要承受径向载荷,承受轴向载荷,但不支持纯轴向载荷。这种轴承外圈滚道是球形的,具有良好的定位性能,可以补偿同轴度误差。当轴被迫弯曲或安装不同的轴承时,轴承仍可正常使用,调整能力随轴承尺寸系列而变化。一般来说,定心角度为1到2.5度。该轴承具有较大的承载力。除了径向载荷外,轴承还能承受两个方向的轴向载荷,具有良好的抗冲击性。球面滚子轴承允许更低的工作速度。适用于重载或振动荷载作用下的工作。3.2水泵轴承在汽车发动机中的作用汽车在工作的过程中发动机会产生很多的热量,所以在发动机缸体中,加了很多循环管道,由冷却液在管道中流动来吸取热量,带走多余的热量来降低发动机的温度。之后再由水管连接回到水箱中,在水箱附近有一个由发动机带动的风扇来降低水箱中冷却液的温度。以此循环就构成了一个冷却系统。以上系统主要的核心是由一个泵来带动整个循环的,在发动机的上部出口,安装了一个泵,由风扇皮带驱动,并从发动机阻塞水道的水里泵出。把冷水抽进来,到旁边的一个恒温器的泵里。所以在汽车运行的过程中发动机水泵轴承起着很大的作用,轴承支持机械旋转机构在运动过程中减少摩擦系数,保证旋转精度。从而减小水泵叶轮在旋转过程中旋转精度,大幅度减轻了在旋转过程中的摩擦,间接的减轻了发动机的负载。使水泵能都提供更大的压力来带动冷却液,加快冷却液的流量能更快地带走发动机中的热量,使冷却效果更好。水泵轴承在汽车发动机中也起到提高水泵的使用寿命,从而使整个冷却系统效果更好,减少水泵在使用过程中的故障,提高效益。在经济效益上汽车发动机水泵轴承都选用使用寿命长性能优越造价较低的轴承,让水泵性能更好,然冷却液的循环效益最大化,这样也可以减轻发动机的故障。提高汽车发动机的质量效益。第4章汽车发动机水泵轴承的优化设计及寿命校核4.1影响发动机中水泵轴承使用时间的原因4.1.1水泵轴承的设计概述水泵轴承设计不算简单,要求很多,非常受限,受到发动机部件布置的局限。自动的水泵组成结构是非常紧实的。基本都是由轴承,槽、轴还有滚轴直接在轨道上运行,节省轴承内圈。根据该结构,轴轴承由双排滚珠结构和一排滚子和一排滚珠结构组成。WB轴承相比较而言,组装不复杂,比较简单,相对适合径向载荷小的机器设备,但是如图4.1所示的是WR轴承,跟。WB轴承相反,比较适用载荷较大的设备。图4.1轴承结构组成示例图在国外,轴承的发展已经很成熟,出现了对其的完整的定义和解释,生产也已经标准化。国内也有很多生产轴承的厂家,也生产出很多种不同型号规格的产品。为了降低研究开发的成本与时间,在设计水泵时,会更加趋于实用性。在这样的要求下,都对轴承的使用时间进行检查评估,因为不仅影响轴承本身的使用,也会影响水泵的设计。泵的轴承被安装在钢滚珠或这是滚柱之间,导致球或滚子的生活的差异在不同的列,和轴承的使用寿命是由最短的钢球的生活。在设计泵的装配位置时,应尽量使不同排的钢球或滚轮的使用寿命在负荷分配后接近。下面的例子以泵为例,分析了轴承装配位置对其寿命的影响。泵是由正时皮带,径向载荷的大小和位置在确定泵的时间计时轮的设计,但轴承的装配位置可以调整泵的外尺寸时保持不变。轴承的径向载荷为Fr,用来代表轴承跟负载之间的位置变化。它们之间的距离负载用Fr表示,轴承外环的边缘用L来表示,需要分析轴承力、还有内轴受力,受径向载荷设定为Fr,钢球的支撑力量用Fb表示,然后根据所学力的平衡原理和转矩公司。为了表示平衡原理,列举方程,推导如下所示:力的平衡:a以钢球A 为支点力矩平衡:b以钢球B 为支点力矩平衡:c根据a、b和c的方程,可以发现钢球的受力是因为轴承不同装配位置的而产生的不同。图4 .2是轴承所承受载荷示意图。图4.2轴承所承受载荷示意图汽车泵轴承的设计寿命一般不低于5000 h。根据数字4 . 3所示,当载荷位置在7.5mm之前或者在14.0mm之后都不符合轴承的寿命要求。而当载荷位置11.2mm左右时轴承的寿命最长。根据数据结果可知,轴承所承受的载力位置,以及轴承的混凝土装配是根据其他尺寸的限制而定的位置,如果结构是有限的,轴承不能在上面的位置间隔组装,这意味着轴承的使用效果不能满足设计要求,轴承类型必须更换。图4.3轴承装配位置与轴承寿命关系图与此同时,还有其他因素影响着生命的设计,而排水洞的位置就是其中之一。排出孔的功能是使冷却剂在水封的时间内排出,因此在组装泵组装后,它应该在泵体的下部打开,另一个阀体在泵的中部或上部打开以平衡泵体的内部压力。如果在设计阶段不考虑泵的装配方向,则引流孔的位置可能不正确。泵安装完毕后,排气孔位于泵体中部。如果冷却剂不能在马上排出来。它就会积聚在泵体设备里面,一直积压渗透,甚至会到轴承的的核心位置,可能会严重影响轴承的润滑,使得表面腐蚀。最终可能导致轴承提前出现问题,不能使用,影响使用寿命。所以需要及时正确的把冷却剂排出去,正确的使用排水孔。降低被冷却剂的腐蚀的问题,避免轴承的寿命简短。4.1.2水泵轴承的组装安装介绍轴承的使用时间更它的安装有着很大的联系。在这安装的过程中,必须符合一定的规范:首先轴承、轴向中心线、装配孔处于同意水平高度。如果错误装配轴承,如果其被压紧了,这之间就会产生问题,它的负荷就是不平衡。球的负荷也会增加。滚道轨迹不一致,笼内产生额外的应力,油脂加重,轴承温度升高,相应的球负荷增加。这些因素缩短了轴承的使用寿命,泵和泵体的轴承都有干涉配合。压机用液压或气动压力机。为了监测压力机的情况,通常在设备上安装一个压力监测器。如果轴承载力超过设定范围,则监测仪器将自动报警,表明所产生的力是不正常的。这种情况可能是压力过大的干扰,或者在冲压过程中轴承可能会倾斜。通过这种方法,可以发现一些轴向轴承协调异常。然而,由于高压设置范围和设备压力检测的精度,很难找到一般压力负荷偏差的设备。在实际生产中,泵体的加工精度保证了压力配合干扰体积。按夹具保证压紧。以泵为例,分析了轴承冲压工艺和夹具设计要点。泵的主要压缩过程如下:(1)在压紧轴承前,泵体受热至1009 C,使轴承孔内径增加,因热膨胀,从而减小压缩力;(2)由于这种轴承的外圈长度较短,为了增加轴承的拉力,在压力下轴承受压;(3)由于泵体的壁厚较小,在预装时,轴承孔壁作为支撑,可以防止壳体变形或断裂;(4)压头压在轴承的外环上,压力机的行程限制较紧;(5)在预拟合过程中,在夹具上装有轴承的导套内轴,通过导套内轴来引导正确的位置。再通过轴承的压合夹具进行固定加紧。在泵的设计验证阶段,按照上述程序进行试件,并在调试好的状态下使用泵进行长时间的单一试验。测试后,发现轴承松动,在旋转过程中产生了大量的噪声。拆卸后,发现轴承的一个球表面有异常磨损。根据这个状态,轴承不能达到5000小时的寿命要求。经过深入的研究,得出了轴承压合过程的结论。事实上,可以看出,轴承的压合不均匀,压合倾斜是明显的。通过对压合夹具的多次试验和分析,认为轴承座的不对准是压合夹具的一个问题。轴承在装配中出现的问题:(1)压导套与定位块的同轴性过大,测量的同轴度为0.08 mm。(2)导套与轴承内轴间隙过大,测量值为0.06-0.09mm。(3)在加载开始时,导套轴承内轴的长度太小,达不到装配要求。通过上述实验出现的问题都会导致轴承在装配过程中出现位置精度误差,这就会使轴承液压在压装过程中发生位置变化,从而影响轴承的使用寿命。解决轴承在装配中出现的问题:(1)确保压导套的同轴性和定位块为0.01。(2)调整导套内径,使轴承套筒与轴承内轴间隙小于0.02。(3)加长导套的长度,使导套的长度在压力加载前的内轴长度为25mm,在压缩加载时起到了良好的导向作用,压缩的压力是向下的。通过改善后的问题,修改夹具体,调整位置变化使其夹具被压制。这样就会使轴承在装压过程中不会出现位置问题。通过单泵试验测试可以对轴承的装配有所改进,从而保证轴承的正确使用安装,使轴承能够更好地与泵体结合提高工作效率。所以夹具的使用程度直接影响轴承压力机对轴承的压装。因此在设计夹具时要认真研究多次测试,使导向套的定位精度更高,导向的位置越精准。使其夹具更合适。如图4.4所示。图4.4水泵压装夹具设计图4.2水泵轴承设计方案(以双列球型水泵轴承为例)4.2.1原则决定泵轴承的工作速度一般不超过6 000 r / min,以及工作温度小于120 c .径向载荷在工作主要由传动皮带的张力和造成的负载重量和不平衡的部分,如叶轮和泵的联轴器。双球轴承泵的失效模式主要是指的是曼德拉的表面和外环槽,球表面的磨损和疲劳,以及密封的失效。本文仅从泵本身的结构和力的角度论述了故障的原因。芯轴在径向和轴向载荷下倾斜甚至弯曲。在工作中,外环与芯轴的交点与轴的交点可以进入椭圆接触的应力集中,导致球疲劳和严重的球磨损。同时,主轴倾斜度增加了轴承密封与内杆之间的摩擦力,密封与阀芯之间的密封增加,轴承温度升高,轴承温度升高,轴承内充满油或轴承。油的冷却,甚至戒指的形状,甚至戒指的形状,都掉出来了。这就要求轴承和外环具有较高的高度和较小的径向间隙。另一方面,为了提高生产效率,必须同时使用两排的一次性组装方法,需要一个大的轴承内部空间。因此,芯棒和外环不应太高,这也是确保尼龙扣件能够充分润滑和润滑的必要条件。如何协调上述矛盾,确保泵轴承具有较高的使用寿命和良好的可制造性,是泵轴承设计的内部结构点。通过上面的分析,可以确定泵轴承的设计应遵循以下原则:(1)设计的主要参数(钢球的直径P,钢球的直径中心和球Z的数量应该采取的高度系数设计挡土墙作为参数同时考虑高额定负载的轴承)。(2)球填充角度控制在180190度范围内,以提高大批量生产的装配效率。(3)在控制轴承径向间隙时,应控制双通道径向间隙的差值,其值不应超过0.005毫米。(4)轴承密封结构要求密封性能好,摩擦力矩小,容易脱落。4.2.2材料热处理水泵轴承的材料热处理包括调质处理和中频感应热处理。水泵轴承的钢球和滚子通常由高铬轴承钢制成,而轴和外环的材料是由碳钢或高铬轴承钢制成。调质处理是将先轴承放入电阻炉里进行整体热处理,然后在进行油淬、高温回火。之后进行中频感应处理,进行水淬和淬火,这样会使奥氏晶体不易长大,马氏体组织也会变得非常细小,从而提高了轴承材料的硬度和强度。轴轨道渗碳轴承钢的硬度通常是60 - 65 hrc,高铬轴承铬镍钢轴通常是59 - 62 hrc,钢球的硬度和滚子是61 - 65 hrc,外圈硬度通常是60 - 64 hrc。4.2.3润滑与密封水泵轴承的润滑都是不可调换的,润滑脂只能用一次,不可以再添加或者更换。润滑脂在轴承内部一般占25%-50%的空间范围。通用的润滑脂都是2-3锂基脂就可以满足水泵轴承润滑脂的要求,但当环境温度超过120度时,应在高温润滑脂中使用。由于泵轴承速度快,冷却条件差,所以对油脂的渗漏要提高防范措施,对防水性能上要加高要求。因此,对水泵轴承径向接触式橡胶密封结构的使用也有一定的要求。密封圈的材料有很多种了,但为了使密封圈能更好的防止外物进入和轴承内部的润滑脂泄露,在我国都是用晴橡胶密封圈。他相比氟橡胶密封圈的要求较低,造价便宜很多。但在性能方面上不如氟橡胶密封圈,由于工艺效果差距较大,普遍的轴承密封圈都是选择晴橡胶密封圈。润滑油溢出。作为润滑剂密封唇的一部分,通常会有少量的溢油密封罩。这个量应该小于0.2克。密封罩的性能由材料和黑唇决定。以下是详细的介绍:一般的单唇型设计如图4.5所示。一般的单唇型密封唇都是应用在大多数汽车水泵轴承中,其结构是由橡胶密封部件组成,其结构比较简单。便于制造生产,经济效益高,适合很多种类的轴承。这种单唇型密封唇在装配上也相对简单,在安装过程中不易出现问题,安装操作简单。图4.5传统的单唇形设计标准双唇密封设计如图4.6所示。双唇型密封唇比单唇型的密封唇结构要先对复杂一些,对内面的密封唇可以提高对润滑脂的保持力,限制润滑脂的溢出,保证了轴承的密封性能。双唇密封唇的橡胶材料相比单纯密封唇的橡胶材料要更加牢固,可以更好地防止外物进入轴承内部。双唇密封唇在结构设计上要比单唇密封唇好很多,双唇密封唇的外圈能够更好的锁紧密封盖,减少扭矩。使其密封唇的性能更加优越,提高了密封的性能,但由于结构过于复杂,造价较高,所以通常用特定的轴承中。图4.6标准双唇密封设计4.2.4游隙滚动轴承内部间隙的使用对轴承的性能、疲劳寿命、振动、噪声、温升等都有很大的影响。理论上,当有轻微的负间隙时,轴承的使用寿命可以延长。然而,这种理想的情况是非常困难的,负间隙过大,会大大缩短轴承寿命。因此,通常应使用零间隙或轻微间隙不为负间隙。在原水泵轴承径向间隙的选择,除了外环和轴承孔的过盈配合间隙引起的减少量的考虑,但也考虑到减少间隙温度上升引起热膨胀引起的相关组件。泵壳钢和两个铝壳。轴承和外壳采用一般的干涉配合,建议的干涉量如图4.7所示。水泵轴轴承与壳体之间的温差较大,需要通过估算来获得最小的间隙。但在大多数情况下是通过多次试验测试的结果和多次使用的经验来实现的。RTL泵轴轴承无特殊要求,成套水泵轴轴承径向间隙为15- 35u m(无负载间隙值)。日本公司NSK水泵轴承径向间隙范围为10-40um,德国公司FAG水泵轴承径向间隙在10-36um范围内。如图4.7所示。表4.7泵壳内径偏差轴承外径D泵壳内径偏差(m)铁壳泵铝壳泵2024-27- -48-46- -672430-33- -53-56- -773052-34- -59-71- -96图4.8游隙设计4.2.5精度水泵轴承的尺寸公差应符合表4.1的规定,其表面粗糙度应符合表4.2的规定。旋转精度,径向轴承轴向跳动应小于0.025mm。表4.1轴连轴承尺寸公差外套圈D(mm)D(mp)VD(mp)VD(mp)CsVCs超过到上偏差下偏差最大最大上偏差下偏差最大18300-111280-2502030500-1316100-2502050800-1520110-25020轴D(mm)D(mp)VD(mp)VD(mp)Cs超过到上偏差下偏差最大最大上偏差下偏差10180-11880-50018300-11990-500表4.2表面和端面的粗糙度图部位外径端面圆角Ra不大于外套圈0.636.35轴0.636.354.2.6轴承的寿命水泵轴承在旋转时,滚道和滚动体在载荷作用下连续不断地滚动,即使在正常情况下,也会由于材料疲劳而导致滚道表面和滚动表面损伤。轧制速度的疲劳寿命在调用前出现总疲劳损伤。由于材料疲劳的离散性,即使结构和尺寸材料在相同的轴承内完全加工,轴承的疲劳寿命也与在相同条件下旋转时相同。在这种情况下,90%的轴轴承不会出现滚动疲劳损伤的总数。基本的额定寿命“被称为”轴承,承载基本额定动态负荷,等效动载和基本额定生命部分关系等类型,如使用寿命时间、行走距离等。圆柱滚子轴承:深沟球轴承:: 基本额定寿命,h: 基本额定寿命,h:基本额定寿命,h:当量动负荷,N(Kgf): 基本额定动负荷,N(Kgf):转速,rpm: 寿命指数,水泵轴承球端P=3水泵轴承滚子端P=10/3: 车轮或轮胎直径,mm4.2.7贮存与安装泵轴承的安装必须非常小心,因为一旦灰尘或碎片进入轴承滚道,就会增加噪音和振动,甚至会增加故障。在安装前,必须始终把部件放在原包装中,不要去除灰尘和防腐包装。如果在配合面上安装过程中发生偏心,就会使轴承受力不均匀,产生不平衡载力现象。偏心组件在旋转过程中就会发生倾斜现象,从而就会发生转矩的不同。所有带有偏心和旋转载荷的部件都不是静止的,都是在随着运动的方向去旋转,跟着轴的转动一起运动。如果上述情形对滚道的加载方式有所不同的改变了,就会影响主轴轨道的加载。它就会成为主轴滚道点加载,外环滚道360周向载荷。通常情况下,泵外跑的滚道是一个点加载,而主轴滚道是加载整个圆周。在这种情况下,辊边缘应力和单行轨迹偏差,使笼压力,加强润滑剂风潮,轴承工作温度的增加,等效负荷被添加到每一列的滚动体,和轴承的疲劳寿命将会缩短。为了分析这些问题的严重性,在安装水泵轴承时,我们要时刻注意轴线的位置,因为所有的部件都要对比轴线当做中线来装配。然后再安装一个压力机,外圈或轴在任何时候都不能被直接击中。4.3水泵轴承的优化设计4.3.1高质量的材料和合理的结构高洁高碳铬轴承钢清洁度低含氧量的水泵轴承外圈和滚动体材料;滚子滚轮,即使有偏置载荷,也能避免边缘应力。芯棒钢经特殊热处理硬化,具有柔软的心,具有一定的弹性,在安装和使用中具有一定的防震性能。在主轴主轴的结构设计中,应力集中必须平稳,以避免应力集中。水泵轴承外圈和滚动体采用真空剥离、淬火等工艺生产的高品质SA E52100碳铬钢,整体性能达到5965HRC;心轴是由美国汽车工程师协会的1070钢制造的,在高频感应淬火后表面硬度为58 64HRC。以上设计使轴承疲劳寿命高,抗裂性高。4.3.2水泵轴承径向的设计原理由于水泵轴承在工作中在运转过程中会因一些外因受到不均衡的载荷力,使其位置有所偏离。因此轴承芯棒在运转过程中容易产生倾斜的振动,因此产生了原有的内部轴承径向间隙。使其对水泵轴承产生影响。由于径向间隙能在一定程度上影响轴承的使用性能和寿命效果,所以水泵轴承径向间隙的设计非常认真。径向间隙有点消极,希望可以轴承最长的生活,但为了实现这一理想状态是极其困难的,但负间隙过量将大大缩短轴承的使用寿命,所以我们应该选择一个略大于零间隙值作为标准的间隙。标准间隙值为q0.1 Q0.4ym;FAG和KO YO的标准间隙值为q0.1 Q0.35um;SKF公司按要求和安装条件为q0.l Q0.25pm的径向间隙和q0.1Q0.30向间隙。4.3.3密封圈水和湿度环境还有漏油和水(或水+冷却剂)不同的环境都将会影响轴承的润滑。使油膜未完全形成,甚至会造成腐蚀。因此轴承是密封泵轴承设计的关键。NSK轴承公司根据不同的环境开发了R型、HR型和W-HR三种密封结构(如图4.8),具有良好的反向W-HR和HR型,改善了R型润滑脂泄漏和渗水性能。在不同的环境下密封的外径与外座圈的沟槽都能更好的结合在一起,能够更好的做到让轴承防止外漏和内进外物。密封圈内径为双唇部结构,主唇是防水的,渗透能力较强,第二唇防止漏油,特别是对发动机振动和轴不平衡。W-RH密封结构的特点不仅是人力资源型密封圈在外,由于第三唇和不锈钢油环的作用,水不能进入主唇,以免人力资源的主要唇腐蚀穿孔唇密封,IM证明了密封可靠性,提高了轴承的使用寿命。KOYO精密橡胶制造公司采用RS型密环密封圈、密封圈直径双唇结构,具有良好的耐水性和抗漏油稳定性。SKF公司采用丙烯酸防水防油精细丁烯。作为二烯橡胶密封材料。图4.8密封结构4.3.4水泵轴承润滑脂水泵轴承内部的润滑脂是在轴承生产后加入的,在随后的工作中不会再添加或者更换。因此润滑脂的选择非常重要,脂质的质量高低直接影响润滑脂的润滑效果,润滑效果不好就会影响轴承的运转,从而使轴承的使用性能和寿命下降。为此水泵轴承开发了一种W- PH润滑脂。该润滑脂具有以下的优点:(1)具有高耐水性和耐热性的增稠尿素混合物,长期保持其固有的润滑性;(2)油脂的基础油为聚烯烃,具有较高的抗氧化能力和热稳定性。(3)当轴承温升的时候,可防止油品变质或轴承痉挛现象;具有防止油脂生锈的作用。W-PH润滑脂、高温润滑脂(合成碳氢化合物)和通用润滑脂分别填充到水泵轴承进行耐水性测试(测试条件:每日注射Q0.6ml水在轴承内部,温度80摄氏度,装载在 10毫米的轴上加170N最后的外环面,其他条件和方法与密封耐久性测试类似)。而耐高温试验(试验条件:温度为140摄氏度,剩余的条件和方法与环耐久性试验类似)研究分析表明:高温润滑脂,耐热性好,耐水性差;具有普遍的润滑脂和耐水性能,但耐高温、耐水、耐热性等优点比这两种脂肪要好。结 论随着现代社会工业的快速发展,水泵稳定性增加,对使用时间的要求也越来越高。轴承是水泵的重要部件,如果轴承出问题,水泵就不能使用。所以,在设计的时候考虑到这个问题,在平时使用的时候,也要学会方式方法,好好维护轴承,使其处在可以正常使用的状态,从而一起提高它的使用寿命效果和优越性能。根据汽车发动机水泵轴承的个方面问题做出了相关的研究与检测,在汽车发动机水泵轴承的具体结构和材料上作出全面的分析与研究。根据不同材料的选择和热处理来提高轴承的强度和弹性,对密封圈和润滑脂采用不用的设计和选择,以减少所有的可能出现的隐患,提高汽车发动机水泵轴承的可靠性能。并对轴承的径向游隙的合理配合和相关运动载荷还有运动动公式的寿命计算,以提高水泵轴承的使用寿命。在每个可能导致轴承发生异常的情况下进行全面深度的分析。使汽车发动机水泵轴承更加耐用,以提高发动机水泵轴承的最大效益,得出以下结论:(1)通过对轴承结构材料的不同选择和热处理效果,使得轴承在工作旋转中即使受到偏置载荷,也能避免边缘应力,减小轴承损坏。(2)对轴承密封圈的特殊设计和润滑脂不同选择,以提高轴承的防水和防漏性能,并且使润滑效果更好,持续时间更长,从而提高轴承的使用性能。(3)通过对轴承径向游隙的合力配合和相关运动载荷公式的寿命计算,来提高轴承的使用寿命。(4)对轴承的装载进行研究,使其轴承装载到最佳的位置,减少载荷提高轴承的稳定性。参考文献【1】蔡亚新,王金玉. 国外水泵轴承的设计与应用【D】. 轴承, 1999.【2】罗泽青. 汽车水泵轴承的装配设计及工艺研究【J】. 咸宁学院学报, 2012.【3】芦娟鲁,全英. 浅议汽车发动机水泵异响故障排除【J】. 农村实用科技信息报, 2012.【4】吴佩珊. 汽车发动机冷却水泵的研究进展【J】. 沈阳职业技术学院学报, 2017.【5】王洪生. 谈从异响判断发动机水泵的故障及排除方法【J】. 黑龙江省桦川县国税局, 2012.【6】何成立. 并联式混合动力公交车及其冷却系统性能仿真研究【M】. 山东大学, 2012.【7】杨玲,玲宛东. 一种汽车智能水泵的开发与研究【M】. 柳州铁道职业技术学院, 2017.【8】胡忠会. 冲压外圈滚针轴承在钢索起挂设备中的使用【C】. 航空标准化与质量, 2006.【9】曹占龙,李宏燕. 汽车水泵故障分析及改进【J】. 湖北汽车工业学院学报, 2013.【10】王喜荣,王修成. 滚针轴承外圈滚道宽度测量方法的改进【M】. 哈尔滨轴承公司出版社, 2012.【11】欧阳富. 间隙过盈速算法【J】. 机械工人技术资料, 1974.【12】李竹元,陈定方. 轴类零件CADCAPP一体化【J】. 武汉水运工程学院学报, 1990.【13】陈雪峰. 汽车轮毂轴承疲劳失效分析及预防研究【J】. 苏州大学学报, 2010.【14】王海文. 汽车水泵与发动机冷却液温度过高关系研究【J】. 电子制作, 2015.【15】从飞云. 基于滑移向量序列奇异值分解的滚动轴承故障诊断研究【J】. 上海交通大学学报, 2012.【16】胡红艳,吴涛. 某型发动机用水泵的研制【J】. 科技创业家, 2013.【17】孙守林,张世飞. 基于变载荷的滚动轴承疲劳寿命强化试验【D】.
收藏