国外水泵轴承的设计与应用

1、! 国外轴承科技 #国外水泵轴承的设计与应用海红轴承厂 (陕西西安 710100 蔡亚新王金玉 洛阳轴承研究所 (河南洛阳 471039 肖晖张葵 编译目前 , 国际汽车工业的发展速度越来越快 , 作 为汽车的 发动机也随之向更强力 、 更 高效的方向发展 , 因此对发动机水泵轴承的性能 提出了更高的要求 。 为了适应这种变化 , 国际上许 多轴承公司如 N SK 、 SKF 等纷纷成系列地研制开 发出了高寿命和高可靠性的汽车发动机水泵轴 承 。 这种轴承一般设计为两种类型 , 一种是双列 球型 , 它结构简单 , 适用于承受较小径向 、 轴向载 荷的大部分场合 ; 另一种是一列球一列滚子型

2、, 类轴承既具有球轴承的特点 (可承受轴向载荷 荷的场合 。生不平衡载荷的皮带轮和风扇 , 以提高轴承的寿 命 。 N SK 等公司把这两种类型水泵轴承的以下几 个方面作为设计重点 。1高质量的材料和合理的结构N SK 公司水泵轴承的外圈和滚动体材料选 用低含氧量 、 高洁净度的高碳铬轴承钢 ; 滚子设计 为带凸度滚子 , 即使在偏置载荷下 , 也可以避免边 缘应力的产生 。 心轴采用渗碳钢 , 通过特殊的热处 理方法淬硬后 , 心轴有一个 “软” 的心部 , 有一定的 弹性 , 预防心轴在安装和使用中断裂 。 在心轴的结 构设计中强调心轴台阶处必须圆滑过渡 , 以防止 应力集中 。 FA G

3、 公司水泵轴承的外圈及滚动体采 用高质量的 、 用真空脱气方法冶炼的 SA E 52100碳铬钢 , 整体淬火 , 淬透至 5965HRC ; 而心轴 则采用 SA E (美国汽车工程师协会 的 1070钢制 造 , 高频感应淬火后 , 表面硬度为 5864HRC 。 以上设计使轴承有高的疲劳寿命和稳定的抗断裂 性 。2水泵轴承径向游隙的设计由于水泵轴承工作时承受偏置的 、 不平衡的 载荷 , 心轴易产生倾斜 、 振动 , 因此轴承原始内部 径向游隙直接影响轴承的性能和寿命 。 国外各轴 承公司对水泵轴承径向游隙的设计非常重视 。 N SK 认为 , 当径向游隙为微小的负数时 , 可期望 得到

4、最长的轴承寿命 , 但要达到这种理想的情况 是极为困难的 , 而过量的负游隙将极大缩短轴承 寿命 ,游隙 。 N SK 0. 04m ; FA 010. 035. 、 0. 0150. 030m 和 0. 020 0035m 三组径向游隙 。3高性能的密封圈水泵轴承装配时一次性填脂 , 终生润滑 , 使用 环境潮湿有水 , 而漏脂和水 (或水 +冷却剂 进入 轴承内部均会影响轴承润滑 , 使油膜不能充分形 成 , 甚至产生锈蚀 , 滚动表面疲劳会提前出现 , 轴 承寿命急骤下降 。 因而各轴承公司均把水泵轴承 的密封作为设计的关键 。 N SK 公司根据轴承不同 的使用环境 , 先后开发设计出

5、了 R 型 、 HR 型和 W HR 型三种密封结构 (见图 1 , 均具有良好的防 漏脂和防水侵入功能 。其中 HR 型是 R 型的改进 型 , 密封圈外径处橡胶与外圈牙口凹槽紧配合 , 完 全阻止了油脂的外泄和水的浸入 ; 密封圈内径采 用双唇结构 , 主唇的防水渗入能力较强 , 第二唇可 有效防止润滑脂的泄露 , 尤其适用于发动机有振 动和心轴承受不平衡力而产生跳动的情形 。 W RH 型密封结构除具有 HR 型密封圈的特点外 , 由于 第三唇和不锈钢抛油环的作用 , 水不能进入主唇 处 , 从而避免了 HR 型因主唇处的锈蚀而产生密 封唇的磨损 , 提高了密封可靠性和轴承的使用寿 命

6、。KO YO 公司采用晴橡胶制造的 R S 型密封 圈 , 密封圈内径也为双唇结构 , 具有良好的抗浸水 性和稳定的抗漏脂性 。 SKF 公司则采用防油 、 防 水的丙烯酸晴丁二烯橡胶作为密封圈材料 。 7 3轴承 1999. . 6 图 14水泵轴承润滑脂的选用水泵轴承装配时一次性填脂后不再更换 , 因 此润滑脂的选用十分重要 , 脂质量的高低直接影 响轴承性能和寿命 。 N SK 公司研制开发了适用于 水泵轴承的 W PH 润滑脂 , 该脂具有以下特点 :(1 是一种增稠的尿素混合物 , 有较高的抗水 、 耐 热功能 , 因而在很长时间内保持其固有的润滑性 能 ; (2 该脂的基础油是多聚

7、初级烯族烃 , 有较高 的抗氧化能力和高热稳定性 , 轴承温升时 , 脂 ( 分别填充 (试验条件 :每天注 入轴承内部 0. 5m l 水 , 温度 80 , 在离开外圈端 面 10mm 处心轴上加载 171. 5N , 其他条件和方 法同密封圈耐久性试验 和耐高温性试验 (试验条 件 :温度 140 , 其余条件和方法同密封圈耐久性 试验 , 结果表明 , 高温脂耐高温性好 , 但抗水性 差 ; 万能润滑脂抗水性好但耐高温性差 , 而 W PH 脂的抗水 、 耐高温性均好于这两种脂 。 FA G 公司 采用可耐 250°F 温度的润滑脂 , 但特别强调油脂 必须有高的洁净度 ,

8、以提高轴承寿命 。 SKF 公司 采用高质量的锂基润滑脂 , 这种脂不溶于水 , 甚至 在有水的情况下也可防止腐蚀 , 并能适用于较大 的温度范围 。 国外轴承公司对水泵轴承的填脂量 规定为占轴承内部空间的 30 50 。5水泵轴承的寿命水泵轴承的寿命取决于两列滚动体的寿命 , 每列滚动体相当于一个单独的轴承 。 因此 , 水泵轴 承的寿命可按球轴承或滚子轴承寿命计算方法计 算 , 其计算式如下 :L10=(P或L h =660n (P式中 L10基本额定寿命 , ×106转Lh基本额定寿命 , hn轴承转速 , r m in指数 , 对于球轴承 , =3; 对于滚子 轴承 , =1

9、0 3C 基本额定载荷 , N P 当量动载荷 , N P =X r Y a , Y轴向载荷系数 上述公式只考虑了载荷对寿命的影响 , 通常 这对于某种轴承的粗略计算是十分必要的 , 但在 许多情况下 , 也应适当考虑其他因素对寿命的影 响 。为此 , SKF 开发了一套计算机程序 , 可以考虑 主轴弯曲度和内部游隙以及其他因素对主轴单元 的影响 。 采用这些程序可大大提高水泵轴承寿命 的计算精度 , 尤其是当皮带力作用在主轴一端从 而引起相当大的轴弯曲时 。6水泵轴承的安装水泵轴承的安装需十分小心 , 因为一旦灰尘 或碎屑进入轴承滚道时 , 将增大噪声和振动 , 甚至 失效 。 安装前 ,

10、单元组件必须一直放在原始包装 内 , 不要除去防尘防腐包装 。如果安装过程中 , 被安装部件带有偏心或在 配合表面产生偏心 , 将产生不平衡载荷 。 偏心组件 在旋转中将产生倾斜摆动 , 会形成回转力矩 。 所有 带有偏心和回转载荷的组件在运动方向上都不是 静止的 , 而是与轴一起转动 。 这种情况如果严重将 改变滚道的加载模式 , 成为主轴滚道点加载 , 外圈 滚道 360°圆周加载 。而通常水泵轴承外圈滚道为 点加载情况 , 主轴滚道为整个圆周加载 。在这种情况下 , 就会产生滚子边缘应力和单 列球轨迹不对中 , 从而使保持架产生应力 , 润滑剂 搅拌加强 , 使轴承工作温度升高

11、同时由于每列滚83 轴承 1999. . 6动体上增加了当量载荷 , 将缩短轴承疲劳寿命 。 为分析判断这些问题的严重性 , FA G 公司应 用工程部研究了一套计算机服务系统 , 以评估不 平衡 回转载荷的程度及其对寿命的影响 。 因此 , 在水泵轴承的安装中 , 必须强调各组件 应以主轴轴线为中心对中 , 然后再使用压力机安 装 。 在任何时候都不能直接敲击外圈或轴 。7其他方面的设计N SK 等轴承公司水泵轴承的标准设计均采 用塑料保持架 , 保持架最大容许温度 120 , 具有 重量轻 、 装配方便等优点 。 在特殊场合使用的水泵 轴承 , 也采用碳钢板冲压保持架 。为了避免在安装过程

12、中划伤轻合金轴承座孔 和叶片孔等装配件的配合表面 , N SK 等将轴承心 轴及外圈的装配倒角设 计为 15°圆滑过渡大倒 角 。N SK 等轴承公司通过对水泵轴承采取的以 上重点设计 , 从而确保了汽车水泵轴承的高耐久 性和高可靠性 , 完全满足了高性能发动机的要求 。参 考 文 献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 :蔡亚新 该厂轴研所副所长 , 工程师(收稿日期 :1998211226(:吕成银 采用(河南洛阳 471039 邓流芳摘译 哈尔滨轴承股份有限公司 (黑龙江哈尔滨 150036 马纯校轴承的精度与寿命主要取决于套圈和滚动体 的滚动表面的几何形状精度 、 波纹度和粗糙度 1。 当套圈在 2922型自动超精机上采用多油石 超精沟道时 , 上述精度指标与加工过程中的下列 参数有关 :套圈的圆周速度 、 油石旋转频率及其在 加工表面上的压力 、 加工时间 。 改变上述参数值以 及变更油石的特性 , 可以制定超精研工艺规范 , 以 便获得高的加工质量 , 实现最高的生产

14、效率 。 在 292型自动超精机上实现多油石超精 圆柱滚子轴承套圈的方法 3, 可以在更换部件的 情况下加工深沟球轴承和角接触球轴承内圈沟 道 , 但在实际超精研时将有一定的困难 , 因为 , 如 果主轴床头架相对于工件头的转角超过一定大小 时 , 可能引起油石破损 , 除此之外 , 在超精沟道时 , 油石压力比超精滚子轴承滚道时大 23倍 , 也可 导致油石损坏 5。油石的最佳特性和超精研规范 , 只有在具体 的工件加工过程的调整中加以选择 , 从而保证滚 动表面的精度 、 最大生产率以及油石的最少消耗 。 在 292型自动超精机上加工 36211球轴承内圈沟道的研究表明 , 某些参数已发生

15、变化 , 如 油石特性 、 油石压力 、 加工持续时间和油石旋转频 率等 , 按下述方式改变 :油石压力的调整加工循 环持续时间的变化力的变化加工循环持续时 间的变化等 , 参见图 1。 例如 , 当油石压力 F =40 100N , 并以变化幅度 F =20N 而改变时 , 加 工循环持续时间 t 相应为 1030s , 相应的变化 幅度为 t =5s 。每一批试样由三个工件组成 。 超精研前后均 在 T alyrond 73型测量仪上 , 测量每一工件 (沟 道 的圆度 、 波纹度 , 并计算其平均值 , 同时算出批 平均值 。 轴向截面内的沟道半径用装有微处理器 的 M PR T 220

16、C 测量仪进行测量 。能保证沟道表面粗糙度 R a 在 0. 080. 12m 内的工艺规范是 :采用 63C M 7C M 1油石 , 压 力 F =6080N , 加工持续时间 t =1520s , 油 石旋转频率 100120r m in , 工件轴转速 3000 r m in 。在采用上述规范时 , 沟道表面粗糙度为 0. 050. 1m (允许值为 0. 2m , 圆度为 0. 61. 2m (允许值为 2m 。 油石旋转频率在上述规定 9 3轴承 1999. . 6叙词 :关节轴承自润滑轴承铝合金磨损试验 磨损试验机朱中生 , 高海宁 . 关节轴承装配破损原因及对策 . 轴 承 ,

17、 1999(6 :2728开缝式关节轴承装配时 , 常因外圈弹性不足而破裂 , 或在开缝处发生崩裂缺损 , 导致外圈报废 。 分析了开缝式 关节轴承装配破损的原因 , 并提出了相应的对策 。叙词 :关节轴承装配破损谭丕成 , 苍会增 , 王秀艳等 . 特轻窄系列渗碳钢轴承热 处理涨大原因及对策 . 轴承 , 1999(6 :2930滚道尺寸涨大和滚道角度改变是渗碳钢轴承热处理 产生废品的主要原因 。 经过对轴承外圈车加工余量 、 模具 尺寸和角度的调整 , 避免了由于尺寸涨大和角度改变造成 的废品 , 提高了渗碳钢轴承的质量 , 为加工特轻窄系列渗 碳钢轴承积累了宝贵经验 。 附图 2幅 ,

18、表 2个 。叙词 :渗碳钢热处理加工余量废品吕克 , 王景华 .段相关性分析 . 轴承 , 1999(6 :从理论上讲分关系 。 25, 对其测量值进行 相关性分析 , 结果表明 , 加速度和速度三频段测量值存在 着相关关系 。 附参考文献 2篇 。叙词 :振动振动测试仪器加速度速度试验 分析方芳 , 李洛 . 纠正套圈几何误差工艺试验 . 轴承 , 1999(6 :33C 136104A 2轴承对加工精度有很高要求 , 加工误差将 严重影响轴承的动态性能 。 经过精整工艺实验 , 较好地解 决了这一问题 , 使轴承的加工精度达到了相应的国外标 准 , 使用效果良好 。叙词 :套圈几何精度加工精度精整工艺试验高岩 , 赖小航 , 吴永昆 . 陀螺转子轴承含油保持架质 量的控制 . 轴承 , 1999(6 :3436采用聚酰亚胺材料制造陀螺转子轴承保持架时 , 为提 高轴承的寿命和可靠性 , 对聚酰亚胺含油保持架质量控