汽车水泵轴承轴承试验机的设计.doc

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1、汽车水泵轴连轴承试验机的设计（1.洛阳轴研科技股份有限公司，河南洛阳　；2.洛阳矿山机械工程设计研究院，河南洛阳）摘要：为正确了解影响水泵轴连轴承的失效形式，测量轴承的温度和载荷，并对轴承寿命进行评定。研究了汽车水泵轴连轴承试验机，阐述了其主要结构、加载的原理。关键词：水泵轴连轴承；试验机；高温试验；防水试验汽车水泵的作用是使冷却水在发动机水套和散热器之间进行循环，以保证发动机在一定的温度范围内正常工作；水泵主要由壳体、带轮、轴和轴承、滑环密封及叶轮等组成，其中轴承对整个水泵的使用寿命具有决定性作用，同时也决

2、定了水泵的噪声等主要使用性能。随着汽车工业规定的保证功率越来越高，因而对单独成套零部件的功能可靠性和使用寿命的要求也越来越高，开展对汽车水泵轴联轴承的性能试验及研究也成为当务之急；为提高水泵轴连轴承的设计水平及产品质量，为水泵轴承的产品设计和理论分析提供真实有效的数据参考，开发一种水泵轴连轴承试验机，本文介绍其整机设计以及试验情况。1水泵轴连轴承试验机的主要技术参数（1）试验轴承内径为Φ10～Φ32；（2）试验机最大径向载荷为8KN，稳态误差1%；（3）转速最高为15000r/min，稳态误差1%；（4）试验

3、轴承最高环境温度为100℃；（5）试验机测控方式为微机自动控制、自动监测、自动报警停机和自动记录；（6）试验机测量参数为温度、转速、主机电流、振动和径向载荷。2水泵轴连轴承试验机的结构原理该试验机由试验机主体部件、床身部件、传动部件、液压加载系统、电气控制与软件系统等组成。根据试验轴承的安装特点以及水泵的工作特性，并参考国外汽车水泵轴联轴承试验机资料。该试验机为双工位试验机，可同时试验两套轴承，以提高试验效率。试验主体由电机、皮带和驱动主轴进行二级传动，首先由第一组同步带轮组合经变频电机驱动传动主轴，再通过另

4、一组楔形带轮组合对试验轴承进行驱动，并通过变频器的控制对试验机的转速在参数范围内进行任意调节控制。整个试验主体安装于一对导轨上，可以自由滑动，进行试验时，油缸进行拉的工作状态，对试验主体有一个拉力，此拉力与楔形皮带张力大小相等，且正好作用在轴连轴承上，此力的大小由比例加载系统及液压缸控制，力传感器监测，对轴承承受的载荷形成一个闭环控制；同时，此试验机还能对轴承进行高温试验、防水试验；此试验功能是在寿命试验的基础上增加高温控制箱和水箱来实现；电气控制与软件系统实现对试验机的控制以及试验数据的实时显示和采集，试验

5、机工作原理如图1所示。图1试验机工作原理2.1主体结构试验主体是试验机的核心部分，结构如图2所示，主要由试验头组件、导轨组件、水箱组件、径向加载组件、上盖与底座组成。主体壳体为剖分式不锈钢件，分为上盖与底座两部分，便于拆装；径向载荷在液压力的作用下通过液压油缸向试验轴承施加载荷；试验头组件安装在主体底座的套筒上，套筒由上盖通过螺钉压紧固定；水箱组件内装加热棒控制水的温度模拟试验轴承的工作环境。1－水箱组件；2－底板；3－导轨组件；4－底座；5－上盖；6－试验头组件图2试验主体结构2.1.1试验头结构设计试验头

6、的结构直接影响试验机的可靠性和工作特性。该试验头模拟轴连轴承的实际安装及工作情况，过硬配合直接安装在轴承套上，轴承套安装在套筒上，试验轴悬臂端安装有皮带轮，考虑到在水环境下工作，整个试验头组件采用9Cr18，试验头组件见图3所示。1－轴承套；2－密封件；3－试验轴承；4－振动传感器支架；5－振动传感器；6－轴套；7－皮带轮图3试验头组件试验轴承做寿命试验时需要试验轴承滚道处径向载荷进行计算，可由带轮径向载荷计算出试验轴承滚道载荷，试验轴承受力如图4所示；图4试验轴承受力图由图4可知：(1)(2)式中:-带轮径

7、向载荷；-球滚道处径向载荷；-圆柱滚子滚道处径向载荷；-滚道间距；-圆柱滚子滚道中心与带轮中心间距3.1.2试验主轴的校核由于试验轴承组件中包含了试验轴，故在设计时不用校核试验轴的强度及刚性，只需校核试验轴系的临界转速，避免试验轴系的自振频率与其强迫振动频率重合，引起试验轴系的共振，借助UGNX软件可完成试验轴系的模态分析，模态分析如图5所示。图5试验轴系模态分析由试验轴系模态分析结果可看出其一阶自振频率为507.1HZ，试验机最高转速为15000r/min，在此转速下变频电机的运转频率为100HZ，即试验机

8、的强迫振动频率最大为100HZ，其一阶自振频率507.1HZ远大于强迫振动频率的最大值100HZ，即试验轴系不会产生共振。3.2水箱加热系统水箱组件由不锈钢板焊接而成，在其连接处用橡皮垫密封防止泄露，水箱中有电加热器实现高温加热，加热温度由温度传感器测试并反馈到温控系统，由温控仪进行加热控制从而达到试验加热自动闭环控制的目的；通过控制水温产生水蒸气，水蒸汽通过轴承套上的小孔进入到轴承后部的密封圈内部