汽车水泵轴承窜动分析及应对策略范文

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摘要：水泵轴承作为汽车内部重要组成部分，直接影响到汽车的正常运转，在工作载荷波动较大作用下，可能出现轴承窜动问题，为汽车的安全行驶埋下了一系列安全隐患。汽车水泵是发动机冷却系统的关键部件，其重要性不言而喻，需要加强汽车水泵轴承窜动分析工作，寻求合理的对策予以实践，确保汽车安全行驶。

关键词：汽车；水泵轴承；窜动；线性膨胀

0引言

汽车水泵轴承在长期磨损中，加剧构件老化，受到较大轴向载荷，导致轴承孔出现窜动现象，严重情况下脱出失效埋下一系列安全隐患。温度变化、壳体加工精度、风扇运行和叶轮运转等多种因素，都将导致汽车水泵轴承窜动问题出现，影响到汽车行驶安全。由此，加强汽车水泵轴承窜动探究，有助于及时有效发现其中的安全隐患，为后续相关工作提供参考。

1温度变化的影响

以某汽车水泵结构为例，水泵轴承一端借助带轮来带动叶轮旋转，通过离心力输送冷却液，风扇和水泵同时运转，促使车辆水箱快速降温冷却。如图1。水泵轴承和壳体之间联系较为密切，通常情况下是采用过盈配合，促使轴承受到轴向载荷作用，加剧轴承磨损和老化。车辆水泵温度逐渐升高的同时，零部件温度随之升高，会产生不同程度上的线性膨胀问题。如果轴承和壳体线性膨胀系数存在明显的差异，由于温度的明显变化可能加剧盈量变化，轴承可能出现脱出问题，加剧装置的载荷作用[1]。某汽车水泵的轴承的材料选择GCr15，壳体材料采用铝合金ZA1Si9Mg，尺寸为30X7/h6，温度变化从20℃升高到90℃，盈量变化较为明显。结合准30X7/h6进行计算，过盈量大概在0.043～0.077mm左右。材料在20～100℃之间，铬钢材料线膨胀系数为11，铝合金线膨胀系数为22～24；而在20～200℃范围内，铬钢线膨胀系数为12.5，铝合金线膨胀系数在23.4～24.8范围内。选择两组水泵，温度大概在20℃和90℃左右，可能导致轴承脱出载荷问题出现。通过对实验数据分析，平均脱出载荷大概在10.7kN，90℃下轴承脱出载荷大概在5.9kN，伴随着温度升高的同时，水泵轴向载荷能力随之下降[2]。通过理论和实践研究，伴随着温度变化轴承轴向载荷能力随之增大。汽车水泵设计需要考量内容较为多样，尤其是材料线膨胀系数和运作温度等内容，条件允许情况下可以适当选择线膨胀系数差异较小的材料，使用弹性挡圈技术和工艺予以实践，可以有效避免轴承窜动脱出问题出现。

2壳体加工精度的影响影响

壳体轴承孔加工精度的因素较为多样，其中包括圆柱度和表面粗糙度两种。在机床加工过程中，壳体轴承孔表面可能出现不同程度上的间距和孔洞，表面粗糙度较大，在一定程度上影响到水泵轴承过盈配合稳定性。基于此，受到表面粗糙度因素影响，适当减小表面接触面积，微观凸峰挤平，在一定程度上减少过盈量和连接强度[3]。需要注意的是，圆柱度误差的检测，包括横剖面和轴剖面误差，可能在加工过程中产生一定的圆柱度误差，减少接触面积，影响到过盈装配轴承连接可靠性。故此，为了尽可能规避轴承脱除载荷问题出现，应该严格控制壳体轴承加工精度，提高对其重视程度，综合考量经济性的同时，尽可能减少轴承孔表面粗糙度，将圆柱度误差控制在合理范围内，有效规避轴承窜动脱出问题出现[4]。

3风扇运转的影响

汽车水泵风扇运转中，受到空气流动影响，可能导致轴向力和风扇不平衡问题出现，埋下横向振动问题，降低轴承可靠性和牢固性，加剧轴承窜动脱出失效。结合相关理论内容可以了解到，在风扇运转后受力方向和吹风方向是完全相反的。通过实验可以了解到，风扇风速大概在7～12m/s范围内，轴向力在5000～8000N，力的方向与风扇是相反的。风扇由于制造工艺和安装问题导致，在实际运行中可能导致轴心和转动力矩中心出现误差，在离心力作用在风扇中，运转过程中出现周期性振动问题。风扇运转过程中，振动烈度和转速之间存在密切联系，轴承损伤十分敏感，在轴承振动中裂纹和磨损现象可以充分反映出来。受到周期性振动载荷作用，水泵轴承可能出现连接疲劳失效问题，促使轴承窜动脱出问题的出现[5]。所以，在汽车水泵设计中，应该结合实际情况进行综合分析，把握风扇运转的轴向力，如果条件允许情况下可以安装止推装置。对于不平衡产生的振动问题，在汽车水泵设计中优化风扇质量分布，尽可能将轴承力控制在最小范围内，将不平衡量有效消除。

4叶轮运转的影响

叶轮在运转中，前后两侧流体介质可能产生一定的压力差异，压力差产生的轴向力作用在轴承上，加剧轴承窜动脱出问题出现，对于汽车水泵运行安全影响较大。如重型载货汽车水泵，转速为3500r/min，叶轮直径为122mm，出口宽度为13.5mm。在叶轮高速旋转过程中，离心力作用在叶轮上，液体介质甩向周围，形成一个负压区，压力大概在-10k6Pa，叶片背向压力通过计算确定为100kPa。汽车水泵在运转过程中，所产生的轴向力对于轴承窜动产生较大的影响，是背对叶轮的叶片。由于叶轮轴向力不可消除，产品设计中应该综合对叶轮轴向载荷进行评估，通过在轴承断面设置挡圈避免轴承窜动脱出问题出现。所以，在汽车水泵设计中，叶轮叶片方向朝着带轮前端风扇，抵消轴向力，降低水泵轴承的轴向载荷，改善轴承运行条件的同时，尽可能避免轴承窜动脱出问题出现，延长水泵的使用寿命，消除轴承安全隐患，确保汽车水泵安全稳定运行。

5安装条件的影响

受到安装条件的影响，汽车水泵设计中可能由于制造和安装误差影响，加剧误差问题出现，中心面和相邻轮系中心面不重合，形成一个倾角。而正是由于倾角的存在，致使汽车水泵运转过程中对轴承产生高频冲击载荷，大概在300～500N左右。受到上述因素的影响，水泵轴承运行中可能出现疲劳失效问题，最终轴承窜动脱出，为汽车行驶安全埋下一系列安全隐患。故此，在汽车水泵设计中，应该不断推动工艺创新和完善，加强工艺控制减少水泵带轮带倾角，有效控制水泵轴承的轴向载荷，避免轴承窜动脱出。提升水泵传动系统刚性，促使水泵可以安全稳定运转，提升产品质量，确保汽车水泵可以安全稳定运转。

6结论

综上所述，水泵轴承作为汽车中重要组成部分，可能受到温度变化、壳体加工精度、风扇运行和叶轮运转等多种因素影响，受到载荷作用出现轴承窜动脱出，为汽车水泵埋下一系列安全隐患，应该予以高度关注和重视，寻求有效措施及时检修和维护，提升汽车维修成效，确保汽车可以安全行驶。

参考文献：

[1]刘茜，章桐，王阳阳.汽车水泵滚动轴承-转子系统的动力学性能分析[J].机电一体化，2014，20（07）：25-31.

[2]林波.汽车水泵用非对称双列角接触球轴承设计[J].哈尔滨轴承，2012，33（03）：3-4，19.

[3]周琼，李正美，唐建平，徐泽民，安琦.汽车水泵轴承密封圈力学分析模型和寿命计算方法[J].华东理工大学学报（自然科学版），2017，37（01）：119-124.

[4]周琼，李正美，唐建平，徐泽民，安琦.汽车水泵轴承密封圈接触应力有限元分析[J].轴承，2016，21（01）：4-7.

[5]李正美，周琼，安琦，唐建平.不平衡量对汽车水泵轴承载荷及寿命的影响[J].华东理工大学学报（自然科学版），2015，36（04）：596-602.

作者：张祎；齐昌杰 单位：河南省西峡汽车水泵股份有限公司