國外水泵軸承的設(shè)計與應用

1、! 國外軸承科技 #國外水泵軸承的設(shè)計與應用海紅軸承廠 (陜西西安 710100 蔡亞新王金玉 洛陽軸承研究所 (河南洛陽 471039 肖暉張葵 編譯目前 , 國際汽車工業(yè)的發(fā)展速度越來越快 , 作 為汽車的 發(fā)動機也隨之向更強力 、 更 高效的方向發(fā)展 , 因此對發(fā)動機水泵軸承的性能 提出了更高的要求 。 為了適應這種變化 , 國際上許 多軸承公司如 N SK 、 SKF 等紛紛成系列地研制開 發(fā)出了高壽命和高可靠性的汽車發(fā)動機水泵軸 承 。 這種軸承一般設(shè)計為兩種類型 , 一種是雙列 球型 , 它結(jié)構(gòu)簡單 , 適用于承受較小徑向 、 軸向載 荷的大部分場合 ; 另一種是一列球一列滾子型

2、, 類軸承既具有球軸承的特點 (可承受軸向載荷 荷的場合 。生不平衡載荷的皮帶輪和風扇 , 以提高軸承的壽 命 。 N SK 等公司把這兩種類型水泵軸承的以下幾 個方面作為設(shè)計重點 。1高質(zhì)量的材料和合理的結(jié)構(gòu)N SK 公司水泵軸承的外圈和滾動體材料選 用低含氧量 、 高潔凈度的高碳鉻軸承鋼 ; 滾子設(shè)計 為帶凸度滾子 , 即使在偏置載荷下 , 也可以避免邊 緣應力的產(chǎn)生 。 心軸采用滲碳鋼 , 通過特殊的熱處 理方法淬硬后 , 心軸有一個 “軟” 的心部 , 有一定的 彈性 , 預防心軸在安裝和使用中斷裂 。 在心軸的結(jié) 構(gòu)設(shè)計中強調(diào)心軸臺階處必須圓滑過渡 , 以防止 應力集中 。 FA G

3、 公司水泵軸承的外圈及滾動體采 用高質(zhì)量的 、 用真空脫氣方法冶煉的 SA E 52100碳鉻鋼 , 整體淬火 , 淬透至 5965HRC ; 而心軸 則采用 SA E (美國汽車工程師協(xié)會 的 1070鋼制 造 , 高頻感應淬火后 , 表面硬度為 5864HRC 。 以上設(shè)計使軸承有高的疲勞壽命和穩(wěn)定的抗斷裂 性 。2水泵軸承徑向游隙的設(shè)計由于水泵軸承工作時承受偏置的 、 不平衡的 載荷 , 心軸易產(chǎn)生傾斜 、 振動 , 因此軸承原始內(nèi)部 徑向游隙直接影響軸承的性能和壽命 。 國外各軸 承公司對水泵軸承徑向游隙的設(shè)計非常重視 。 N SK 認為 , 當徑向游隙為微小的負數(shù)時 , 可期望 得到

4、最長的軸承壽命 , 但要達到這種理想的情況 是極為困難的 , 而過量的負游隙將極大縮短軸承 壽命 ,游隙 。 N SK 0. 04m ; FA 010. 035. 、 0. 0150. 030m 和 0. 020 0035m 三組徑向游隙 。3高性能的密封圈水泵軸承裝配時一次性填脂 , 終生潤滑 , 使用 環(huán)境潮濕有水 , 而漏脂和水 (或水 +冷卻劑 進入 軸承內(nèi)部均會影響軸承潤滑 , 使油膜不能充分形 成 , 甚至產(chǎn)生銹蝕 , 滾動表面疲勞會提前出現(xiàn) , 軸 承壽命急驟下降 。 因而各軸承公司均把水泵軸承 的密封作為設(shè)計的關(guān)鍵 。 N SK 公司根據(jù)軸承不同 的使用環(huán)境 , 先后開發(fā)設(shè)計出

5、了 R 型 、 HR 型和 W HR 型三種密封結(jié)構(gòu) (見圖 1 , 均具有良好的防 漏脂和防水侵入功能 。其中 HR 型是 R 型的改進 型 , 密封圈外徑處橡膠與外圈牙口凹槽緊配合 , 完 全阻止了油脂的外泄和水的浸入 ; 密封圈內(nèi)徑采 用雙唇結(jié)構(gòu) , 主唇的防水滲入能力較強 , 第二唇可 有效防止?jié)櫥男孤?, 尤其適用于發(fā)動機有振 動和心軸承受不平衡力而產(chǎn)生跳動的情形 。 W RH 型密封結(jié)構(gòu)除具有 HR 型密封圈的特點外 , 由于 第三唇和不銹鋼拋油環(huán)的作用 , 水不能進入主唇 處 , 從而避免了 HR 型因主唇處的銹蝕而產(chǎn)生密 封唇的磨損 , 提高了密封可靠性和軸承的使用壽 命

6、。KO YO 公司采用晴橡膠制造的 R S 型密封 圈 , 密封圈內(nèi)徑也為雙唇結(jié)構(gòu) , 具有良好的抗浸水 性和穩(wěn)定的抗漏脂性 。 SKF 公司則采用防油 、 防 水的丙烯酸晴丁二烯橡膠作為密封圈材料 。 7 3軸承 1999. . 6 圖 14水泵軸承潤滑脂的選用水泵軸承裝配時一次性填脂后不再更換 , 因 此潤滑脂的選用十分重要 , 脂質(zhì)量的高低直接影 響軸承性能和壽命 。 N SK 公司研制開發(fā)了適用于 水泵軸承的 W PH 潤滑脂 , 該脂具有以下特點 :(1 是一種增稠的尿素混合物 , 有較高的抗水 、 耐 熱功能 , 因而在很長時間內(nèi)保持其固有的潤滑性 能 ; (2 該脂的基礎(chǔ)油是多聚

7、初級烯族烴 , 有較高 的抗氧化能力和高熱穩(wěn)定性 , 軸承溫升時 , 脂 ( 分別填充 (試驗條件 :每天注 入軸承內(nèi)部 0. 5m l 水 , 溫度 80 , 在離開外圈端 面 10mm 處心軸上加載 171. 5N , 其他條件和方 法同密封圈耐久性試驗 和耐高溫性試驗 (試驗條 件 :溫度 140 , 其余條件和方法同密封圈耐久性 試驗 , 結(jié)果表明 , 高溫脂耐高溫性好 , 但抗水性 差 ; 萬能潤滑脂抗水性好但耐高溫性差 , 而 W PH 脂的抗水 、 耐高溫性均好于這兩種脂 。 FA G 公司 采用可耐 250°F 溫度的潤滑脂 , 但特別強調(diào)油脂 必須有高的潔凈度 ,

8、以提高軸承壽命 。 SKF 公司 采用高質(zhì)量的鋰基潤滑脂 , 這種脂不溶于水 , 甚至 在有水的情況下也可防止腐蝕 , 并能適用于較大 的溫度范圍 。 國外軸承公司對水泵軸承的填脂量 規(guī)定為占軸承內(nèi)部空間的 30 50 。5水泵軸承的壽命水泵軸承的壽命取決于兩列滾動體的壽命 , 每列滾動體相當于一個單獨的軸承 。 因此 , 水泵軸 承的壽命可按球軸承或滾子軸承壽命計算方法計 算 , 其計算式如下 :L10=(P或L h =660n (P式中 L10基本額定壽命 , ×106轉(zhuǎn)Lh基本額定壽命 , hn軸承轉(zhuǎn)速 , r m in指數(shù) , 對于球軸承 , =3; 對于滾子 軸承 , =1

9、0 3C 基本額定載荷 , N P 當量動載荷 , N P =X r Y a , Y軸向載荷系數(shù) 上述公式只考慮了載荷對壽命的影響 , 通常 這對于某種軸承的粗略計算是十分必要的 , 但在 許多情況下 , 也應適當考慮其他因素對壽命的影 響 。為此 , SKF 開發(fā)了一套計算機程序 , 可以考慮 主軸彎曲度和內(nèi)部游隙以及其他因素對主軸單元 的影響 。 采用這些程序可大大提高水泵軸承壽命 的計算精度 , 尤其是當皮帶力作用在主軸一端從 而引起相當大的軸彎曲時 。6水泵軸承的安裝水泵軸承的安裝需十分小心 , 因為一旦灰塵 或碎屑進入軸承滾道時 , 將增大噪聲和振動 , 甚至 失效 。 安裝前 ,

10、單元組件必須一直放在原始包裝 內(nèi) , 不要除去防塵防腐包裝 。如果安裝過程中 , 被安裝部件帶有偏心或在 配合表面產(chǎn)生偏心 , 將產(chǎn)生不平衡載荷 。 偏心組件 在旋轉(zhuǎn)中將產(chǎn)生傾斜擺動 , 會形成回轉(zhuǎn)力矩 。 所有 帶有偏心和回轉(zhuǎn)載荷的組件在運動方向上都不是 靜止的 , 而是與軸一起轉(zhuǎn)動 。 這種情況如果嚴重將 改變滾道的加載模式 , 成為主軸滾道點加載 , 外圈 滾道 360°圓周加載 。而通常水泵軸承外圈滾道為 點加載情況 , 主軸滾道為整個圓周加載 。在這種情況下 , 就會產(chǎn)生滾子邊緣應力和單 列球軌跡不對中 , 從而使保持架產(chǎn)生應力 , 潤滑劑 攪拌加強 , 使軸承工作溫度升高

11、同時由于每列滾83 軸承 1999. . 6動體上增加了當量載荷 , 將縮短軸承疲勞壽命 。 為分析判斷這些問題的嚴重性 , FA G 公司應 用工程部研究了一套計算機服務系統(tǒng) , 以評估不 平衡 回轉(zhuǎn)載荷的程度及其對壽命的影響 。 因此 , 在水泵軸承的安裝中 , 必須強調(diào)各組件 應以主軸軸線為中心對中 , 然后再使用壓力機安 裝 。 在任何時候都不能直接敲擊外圈或軸 。7其他方面的設(shè)計N SK 等軸承公司水泵軸承的標準設(shè)計均采 用塑料保持架 , 保持架最大容許溫度 120 , 具有 重量輕 、 裝配方便等優(yōu)點 。 在特殊場合使用的水泵 軸承 , 也采用碳鋼板沖壓保持架 。為了避免在安裝過程

12、中劃傷輕合金軸承座孔 和葉片孔等裝配件的配合表面 , N SK 等將軸承心 軸及外圈的裝配倒角設(shè) 計為 15°圓滑過渡大倒 角 。N SK 等軸承公司通過對水泵軸承采取的以 上重點設(shè)計 , 從而確保了汽車水泵軸承的高耐久 性和高可靠性 , 完全滿足了高性能發(fā)動機的要求 。參 考 文 獻1 H igh D urability N SK W ater Pump Bearings . 19922 Koyo W ater Pump Bearings . 1987.3 FA G W ater Pump Bearings .4 SKF W ater Pump Sp indle A ssem bl

13、ies . 1978.第一作者 :蔡亞新 該廠軸研所副所長 , 工程師(收稿日期 :1998211226(:呂成銀 采用(河南洛陽 471039 鄧流芳摘譯 哈爾濱軸承股份有限公司 (黑龍江哈爾濱 150036 馬純校軸承的精度與壽命主要取決于套圈和滾動體 的滾動表面的幾何形狀精度 、 波紋度和粗糙度 1。 當套圈在 2922型自動超精機上采用多油石 超精溝道時 , 上述精度指標與加工過程中的下列 參數(shù)有關(guān) :套圈的圓周速度 、 油石旋轉(zhuǎn)頻率及其在 加工表面上的壓力 、 加工時間 。 改變上述參數(shù)值以 及變更油石的特性 , 可以制定超精研工藝規(guī)范 , 以 便獲得高的加工質(zhì)量 , 實現(xiàn)最高的生產(chǎn)

14、效率 。 在 292型自動超精機上實現(xiàn)多油石超精 圓柱滾子軸承套圈的方法 3, 可以在更換部件的 情況下加工深溝球軸承和角接觸球軸承內(nèi)圈溝 道 , 但在實際超精研時將有一定的困難 , 因為 , 如 果主軸床頭架相對于工件頭的轉(zhuǎn)角超過一定大小 時 , 可能引起油石破損 , 除此之外 , 在超精溝道時 , 油石壓力比超精滾子軸承滾道時大 23倍 , 也可 導致油石損壞 5。油石的最佳特性和超精研規(guī)范 , 只有在具體 的工件加工過程的調(diào)整中加以選擇 , 從而保證滾 動表面的精度 、 最大生產(chǎn)率以及油石的最少消耗 。 在 292型自動超精機上加工 36211球軸承內(nèi)圈溝道的研究表明 , 某些參數(shù)已發(fā)生

15、變化 , 如 油石特性 、 油石壓力 、 加工持續(xù)時間和油石旋轉(zhuǎn)頻 率等 , 按下述方式改變 :油石壓力的調(diào)整加工循 環(huán)持續(xù)時間的變化力的變化加工循環(huán)持續(xù)時 間的變化等 , 參見圖 1。 例如 , 當油石壓力 F =40 100N , 并以變化幅度 F =20N 而改變時 , 加 工循環(huán)持續(xù)時間 t 相應為 1030s , 相應的變化 幅度為 t =5s 。每一批試樣由三個工件組成 。 超精研前后均 在 T alyrond 73型測量儀上 , 測量每一工件 (溝 道 的圓度 、 波紋度 , 并計算其平均值 , 同時算出批 平均值 。 軸向截面內(nèi)的溝道半徑用裝有微處理器 的 M PR T 220

16、C 測量儀進行測量 。能保證溝道表面粗糙度 R a 在 0. 080. 12m 內(nèi)的工藝規(guī)范是 :采用 63C M 7C M 1油石 , 壓 力 F =6080N , 加工持續(xù)時間 t =1520s , 油 石旋轉(zhuǎn)頻率 100120r m in , 工件軸轉(zhuǎn)速 3000 r m in 。在采用上述規(guī)范時 , 溝道表面粗糙度為 0. 050. 1m (允許值為 0. 2m , 圓度為 0. 61. 2m (允許值為 2m 。 油石旋轉(zhuǎn)頻率在上述規(guī)定 9 3軸承 1999. . 6敘詞 :關(guān)節(jié)軸承自潤滑軸承鋁合金磨損試驗 磨損試驗機朱中生 , 高海寧 . 關(guān)節(jié)軸承裝配破損原因及對策 . 軸 承 ,

17、 1999(6 :2728開縫式關(guān)節(jié)軸承裝配時 , 常因外圈彈性不足而破裂 , 或在開縫處發(fā)生崩裂缺損 , 導致外圈報廢 。 分析了開縫式 關(guān)節(jié)軸承裝配破損的原因 , 并提出了相應的對策 。敘詞 :關(guān)節(jié)軸承裝配破損譚丕成 , 蒼會增 , 王秀艷等 . 特輕窄系列滲碳鋼軸承熱 處理漲大原因及對策 . 軸承 , 1999(6 :2930滾道尺寸漲大和滾道角度改變是滲碳鋼軸承熱處理 產(chǎn)生廢品的主要原因 。 經(jīng)過對軸承外圈車加工余量 、 模具 尺寸和角度的調(diào)整 , 避免了由于尺寸漲大和角度改變造成 的廢品 , 提高了滲碳鋼軸承的質(zhì)量 , 為加工特輕窄系列滲 碳鋼軸承積累了寶貴經(jīng)驗 。 附圖 2幅 ,

18、表 2個 。敘詞 :滲碳鋼熱處理加工余量廢品呂克 , 王景華 .段相關(guān)性分析 . 軸承 , 1999(6 :從理論上講分關(guān)系 。 25, 對其測量值進行 相關(guān)性分析 , 結(jié)果表明 , 加速度和速度三頻段測量值存在 著相關(guān)關(guān)系 。 附參考文獻 2篇 。敘詞 :振動振動測試儀器加速度速度試驗 分析方芳 , 李洛 . 糾正套圈幾何誤差工藝試驗 . 軸承 , 1999(6 :33C 136104A 2軸承對加工精度有很高要求 , 加工誤差將 嚴重影響軸承的動態(tài)性能 。 經(jīng)過精整工藝實驗 , 較好地解 決了這一問題 , 使軸承的加工精度達到了相應的國外標 準 , 使用效果良好 。敘詞 :套圈幾何精度加工精度精整工藝試驗高巖 , 賴小航 , 吳永昆 . 陀螺轉(zhuǎn)子軸承含油保持架質(zhì) 量的控制 . 軸承 , 1999(6 :3436采用聚酰亞胺材料制造陀螺轉(zhuǎn)子軸承保持架時 , 為提 高軸承的壽命和可靠性 , 對聚酰亞胺含油保持架質(zhì)量控