汽車水泵軸承軸承試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì).doc

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1、汽車水泵軸連軸承試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)（1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南洛陽??；2.洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽）摘要：為正確了解影響水泵軸連軸承的失效形式，測(cè)量軸承的溫度和載荷，并對(duì)軸承壽命進(jìn)行評(píng)定。研究了汽車水泵軸連軸承試驗(yàn)機(jī)，闡述了其主要結(jié)構(gòu)、加載的原理。關(guān)鍵詞：水泵軸連軸承；試驗(yàn)機(jī)；高溫試驗(yàn)；防水試驗(yàn)汽車水泵的作用是使冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)水套和散熱器之間進(jìn)行循環(huán)，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的溫度范圍內(nèi)正常工作；水泵主要由殼體、帶輪、軸和軸承、滑環(huán)密封及葉輪等組成，其中軸承對(duì)整個(gè)水泵的使用壽命具有決定性作用，同時(shí)也決

2、定了水泵的噪聲等主要使用性能。隨著汽車工業(yè)規(guī)定的保證功率越來越高，因而對(duì)單獨(dú)成套零部件的功能可靠性和使用壽命的要求也越來越高，開展對(duì)汽車水泵軸聯(lián)軸承的性能試驗(yàn)及研究也成為當(dāng)務(wù)之急；為提高水泵軸連軸承的設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，為水泵軸承的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和理論分析提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)參考，開發(fā)一種水泵軸連軸承試驗(yàn)機(jī)，本文介紹其整機(jī)設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)情況。1水泵軸連軸承試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)（1）試驗(yàn)軸承內(nèi)徑為Φ10～Φ32；（2）試驗(yàn)機(jī)最大徑向載荷為8KN，穩(wěn)態(tài)誤差1%；（3）轉(zhuǎn)速最高為15000r/min，穩(wěn)態(tài)誤差1%；（4）試驗(yàn)

3、軸承最高環(huán)境溫度為100℃；（5）試驗(yàn)機(jī)測(cè)控方式為微機(jī)自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警停機(jī)和自動(dòng)記錄；（6）試驗(yàn)機(jī)測(cè)量參數(shù)為溫度、轉(zhuǎn)速、主機(jī)電流、振動(dòng)和徑向載荷。2水泵軸連軸承試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理該試驗(yàn)機(jī)由試驗(yàn)機(jī)主體部件、床身部件、傳動(dòng)部件、液壓加載系統(tǒng)、電氣控制與軟件系統(tǒng)等組成。根據(jù)試驗(yàn)軸承的安裝特點(diǎn)以及水泵的工作特性，并參考國外汽車水泵軸聯(lián)軸承試驗(yàn)機(jī)資料。該試驗(yàn)機(jī)為雙工位試驗(yàn)機(jī)，可同時(shí)試驗(yàn)兩套軸承，以提高試驗(yàn)效率。試驗(yàn)主體由電機(jī)、皮帶和驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行二級(jí)傳動(dòng)，首先由第一組同步帶輪組合經(jīng)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)主軸，再通過另

4、一組楔形帶輪組合對(duì)試驗(yàn)軸承進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并通過變頻器的控制對(duì)試驗(yàn)機(jī)的轉(zhuǎn)速在參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行任意調(diào)節(jié)控制。整個(gè)試驗(yàn)主體安裝于一對(duì)導(dǎo)軌上，可以自由滑動(dòng)，進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，油缸進(jìn)行拉的工作狀態(tài)，對(duì)試驗(yàn)主體有一個(gè)拉力，此拉力與楔形皮帶張力大小相等，且正好作用在軸連軸承上，此力的大小由比例加載系統(tǒng)及液壓缸控制，力傳感器監(jiān)測(cè)，對(duì)軸承承受的載荷形成一個(gè)閉環(huán)控制；同時(shí)，此試驗(yàn)機(jī)還能對(duì)軸承進(jìn)行高溫試驗(yàn)、防水試驗(yàn)；此試驗(yàn)功能是在壽命試驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加高溫控制箱和水箱來實(shí)現(xiàn)；電氣控制與軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的控制以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和采集，試驗(yàn)

5、機(jī)工作原理如圖1所示。圖1試驗(yàn)機(jī)工作原理2.1主體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)主體是試驗(yàn)機(jī)的核心部分，結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由試驗(yàn)頭組件、導(dǎo)軌組件、水箱組件、徑向加載組件、上蓋與底座組成。主體殼體為剖分式不銹鋼件，分為上蓋與底座兩部分，便于拆裝；徑向載荷在液壓力的作用下通過液壓油缸向試驗(yàn)軸承施加載荷；試驗(yàn)頭組件安裝在主體底座的套筒上，套筒由上蓋通過螺釘壓緊固定；水箱組件內(nèi)裝加熱棒控制水的溫度模擬試驗(yàn)軸承的工作環(huán)境。1－水箱組件；2－底板；3－導(dǎo)軌組件；4－底座；5－上蓋；6－試驗(yàn)頭組件圖2試驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)2.1.1試驗(yàn)頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)頭

6、的結(jié)構(gòu)直接影響試驗(yàn)機(jī)的可靠性和工作特性。該試驗(yàn)頭模擬軸連軸承的實(shí)際安裝及工作情況，過硬配合直接安裝在軸承套上，軸承套安裝在套筒上，試驗(yàn)軸懸臂端安裝有皮帶輪，考慮到在水環(huán)境下工作，整個(gè)試驗(yàn)頭組件采用9Cr18，試驗(yàn)頭組件見圖3所示。1－軸承套；2－密封件；3－試驗(yàn)軸承；4－振動(dòng)傳感器支架；5－振動(dòng)傳感器；6－軸套；7－皮帶輪圖3試驗(yàn)頭組件試驗(yàn)軸承做壽命試驗(yàn)時(shí)需要試驗(yàn)軸承滾道處徑向載荷進(jìn)行計(jì)算，可由帶輪徑向載荷計(jì)算出試驗(yàn)軸承滾道載荷，試驗(yàn)軸承受力如圖4所示；圖4試驗(yàn)軸承受力圖由圖4可知：(1)(2)式中:-帶輪徑

7、向載荷；-球滾道處徑向載荷；-圓柱滾子滾道處徑向載荷；-滾道間距；-圓柱滾子滾道中心與帶輪中心間距3.1.2試驗(yàn)主軸的校核由于試驗(yàn)軸承組件中包含了試驗(yàn)軸，故在設(shè)計(jì)時(shí)不用校核試驗(yàn)軸的強(qiáng)度及剛性，只需校核試驗(yàn)軸系的臨界轉(zhuǎn)速，避免試驗(yàn)軸系的自振頻率與其強(qiáng)迫振動(dòng)頻率重合，引起試驗(yàn)軸系的共振，借助UGNX軟件可完成試驗(yàn)軸系的模態(tài)分析，模態(tài)分析如圖5所示。圖5試驗(yàn)軸系模態(tài)分析由試驗(yàn)軸系模態(tài)分析結(jié)果可看出其一階自振頻率為507.1HZ，試驗(yàn)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為15000r/min，在此轉(zhuǎn)速下變頻電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為100HZ，即試驗(yàn)機(jī)

8、的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率最大為100HZ，其一階自振頻率507.1HZ遠(yuǎn)大于強(qiáng)迫振動(dòng)頻率的最大值100HZ，即試驗(yàn)軸系不會(huì)產(chǎn)生共振。3.2水箱加熱系統(tǒng)水箱組件由不銹鋼板焊接而成，在其連接處用橡皮墊密封防止泄露，水箱中有電加熱器實(shí)現(xiàn)高溫加熱，加熱溫度由溫度傳感器測(cè)試并反饋到溫控系統(tǒng)，由溫控儀進(jìn)行加熱控制從而達(dá)到試驗(yàn)加熱自動(dòng)閉環(huán)控制的目的；通過控制水溫產(chǎn)生水蒸氣，水蒸汽通過軸承套上的小孔進(jìn)入到軸承后部的密封圈內(nèi)部