WB型水泵轴连轴承试验及分析

1、WB 型水泵轴连轴承试验及分析郑志功1, 2, 邓四二 1, 汤 洁2(1. 河南科技大学 , 河南 洛阳 471003; 2. 洛阳轴承研究所 , 河南 洛阳 471039摘要 :根据水泵轴连轴承的特性 , , , 对产品寿 命进行考核 , 从试验数据的处理结果看 , 关键词 :滚动轴承 ; 水泵轴连轴承 ; ; ; 中图分类号 :T H133. 33; :1000-3762(2007 12-0026-02 承系 , 两个支承的轴承无内圈 , 滚动体的内滚道做 在轴上 , 外圈为一整体 , 两侧密封并填注长寿命润 滑脂 。 由于刚性和旋转的一致性好 、 结构紧凑 、 装 拆方便 , 一些发达

2、国家 , 如美国 、 英国 、 德国等都已 采用此种结构的轴连轴承 , 目前这种轴承在国内 轿车行业中已得到广泛应用 。1 水泵轴连轴承的工况冷却水泵在发动机上安装形式如图 1所示 , 由 水泵壳体 、 轴连轴承 、 水封 、 叶轮及传动件组成 , 轴 连轴承是水泵的核心部件 。冷却水泵工作时 , 轴 连轴承的一端受到齿轮或皮带传动产生的一个径 向力 , 另一端受到水泵叶轮旋转产生的不平衡力 。 由于发动机的小型化和轻型化 , 水泵的空间位置 受到限制 , 散热面积较小 。一般情况下 , 水泵的转 速为 6000r/min 左右 , 当发动机高速运转时 , 水泵 的转速高达 9000r/min

3、 。轴连轴承在这种高温 、 高速下连续运转 , 工作条件极其恶劣 。随着汽车 向高速 、 高可靠性发展 , 作为汽车核心的发动机也正朝着大功率 、 高效率的方向发展 1。 因此 , 对汽图 1 水泵结构示意图收稿日期 :2007-08-02; 修回日期 :2007-09-03车发动机冷却水泵用的轴连轴承提出了更高的使 用性能要求 , 如具有较高的耐热性能 , 更大的承载 能力以及良好的密封性能等 , 这就使对这种轴承 的可靠性进行试验显得十分必要 。2 试验装置及试验方法常规的轴承试验是把一套或几套轴承的内圈 安装在一根主轴上 , 对轴承施加轴向或径向载荷 , 驱动主轴旋转 , 根据预定的试验

4、方案对轴承进行 性能 、 台架模拟 、 寿命强化试验 , 对试验数据进行 处理分析 , 以检验轴承的可靠性 。轴连轴承与常 规轴承结构上的最大区别是 , 轴连轴承的主轴相 当于常规轴承的内圈 , 行业上目前还没有轴连轴 承专用的试验设备 , 针对水泵轴连轴承的工作状 态及常用桥式试验机的结构特性 , 采用两种不同 结构形式的装置对该轴承进行可靠性检验 。根据 轴连轴承的结构尺寸 、 额定动载荷 、 极限转速等参 数 , 选用行业上常用的 ZS1530、 ZS3060型试 验机 , 设计试验装置 , 进行试验 。 2. 1 台架模拟试验装置轴连轴承外圈安装在试验机上的衬套中 , 作 为承受载荷的

5、径向支承体 , 其一端的轴颈上安装 一个轴套 , 用一轴承通过该轴套来传递径向载荷 , 作用到轴连轴承上 , 另一端作为驱动端 。对整套 轴承来说 , 处于偏载状态 , 一端受到轴套传递的径 向力 , 另一端受到驱动时产生的不平衡力 。模拟 轴承在主机上的工作状态 。试验装置结构如图 2所示 。 2. 2 强化试验装置轴连轴承两端的轴颈上安装两个轴套 , 用两套 相同的密封深沟球轴承安装在轴套上作径向支承 , 载荷通过安装在轴连轴承外圈上的载荷体传递到轴C N41-1148/TH 轴承 2007年 12期Bearing 2007, No . 12 26-27, 45承上 , 中心作用点施加在两

6、列钢球的中间 , 驱动轴连 轴承的一端进行试验。 该装置结构形式如图 3所 示。 这种结构优点是对试验装置的主体改动较小 , 且能加大强化试验的条件 , 缩短试验时间。图 2 图 3 强化试验装置结构示意图3 试验实例分析以轴连轴承 WB163096为例 , 利用这两种不同 结构的试验装置进行寿命可靠性试验。 取同种样品分别编号为 A 组、 B 组。 A 组轴承样品安装在台架 模拟试验装置上 , B 组轴承样品安装在强化试验装 置上 , 进行试验比对分析。 该轴承的额定动载荷 C r =13. 2k N, 极限转速 11000r/min, 双密封脂润滑。(1 台架试验 。 如图 4所示 , 在

7、轴颈的左端施 加径向载荷 F r , 作用在两列滚动体左右两侧支承 力分别为 P 1、 P 2。模拟轴承的实际工作状况制定 试验条件 , 径向载荷 F r =810N , 根据力的平衡原 理 , 得到 P 1、 P 22 。图 4 台架试验受力图P 225F r =748N P 1=F r +P 2=1558N由于两列滚动体的受力不同 , 试验时把该轴承看作两列轴承的组合体 , P 1、 P 2即为两列轴承的当量动载荷 。 单列轴承的额定动载荷 C r 单 =C r /=C r /1. 62=8. 148k N (对球轴承 =1. 62 , 选试 验转速为 n =6000r/min, 则左侧轴

8、承计算寿命L 10660C r P3=66061. 3=400h右侧轴承计算寿命106C P3=3590h, 即, 右侧轴承损坏的概率远小于左 侧 。 以左侧轴承计算寿命为基础 , 采用定时截尾 的试验方法 , 试验至 5L 10, 若轴承没有疲劳失效 , 则 该轴承停止试验 。 试验数据见表 1。表 1 轴连轴承台架模似和强化试验结果对比样品 编号试验时间/h折合计算 寿命失效形式 备注A110642. 66L 10内滚道剥落 A215243. 81L 10内滚道、 钢球剥落 A416444. 06L 10内滚道、 钢球剥落A320005L 10无 停试B24422. 21L 10钢球剥落

9、B45462. 73L 10内滚道、 钢球剥落 B37673. 84L 10内滚道、 钢球剥落B110005L 10无停试 (2 强化试验 。 根据计算寿命理论公式 , 增加载荷 、 转速均可以减小计算寿命 。通常采用的是 低转速 、 高载荷 。 在轴承的承载范围内 , 尽可能加 大试验的当量动载荷 , 缩短计算寿命时间 , 使轴承 在较短时间内 , 疲劳破坏 。由于大多数轴连轴承 的轴材料采用的是 GCr15, 试验时若载荷过大 , 可能会使轴颈发生脆性断裂 2, 因此对该种轴承进 行强化试验时 , 施加的径向载荷不宜过大 , 一般应 小于额定动载荷的 35%。 试验转速可根据轴连轴 承的使

10、用工况进行选择 , 一般不超过极限转速的 60%, 若试验过程中轴承外圈的温度过高 , 可适当降低试验转速 。制定强化试验条件如下 :径向载荷 F r =3366N, 试验转速 n =5000r/min, 当量动 载荷 P =F r =3366N , C r /P =0. 255, 计算寿命L 10=660C P=200h 。采用定时截尾的试验方法 , 试验至 5L 10, 试验数据见表 1。(下转第 45页 72 郑志功等 :WB型水泵轴连轴承试验及分析4. 2 在制产品结构树及图档的复制如前所述 , 在 P DM 实际运用时 , 需将全套设 计图档从产品库中复制一份副本到在制产品组 中 。

11、 如果手动复制 , 则工作相当繁琐 , 且很难保证 副本数据与产品库中数据的一致 。为了解决这一 矛盾 , 可通过二次开发扩充 S marTea m 的功能 , 实 现产品结构树及属性参数的自动复制 。二次开发 程序的执行步骤如下 :(1 检索在制产品组中有无相同型号的在制产 品 , 如果有则无需复制 , 程序结束。 否则进行第 2 (2果没有 , 程序结束(3 , 。(4 创建在制产品装配图对象 , 并链接到新建 在制产品项目节点 。 读取库装配图属性值并赋给 在制产品装配图对象 。同时从电子仓库中拷贝装 配图文件到当前工作目录 , 并修改装配图对象文 件路径属性值 。(5 遍历库装配图子对

12、象 , 创建对应在制产品 装配图子对象 , 复制属性参数值 , 拷贝对应的文档。 使用 S marTea m 提供的菜单编辑器和脚本编 辑器 , 通过添加特定的菜单 , 与实现上述功能的应 用程序 (使用 VB 生成的动态链接库文件 建立关 联 , 便可在 S marTea m 系统中运行 。 5 结束语通过分析某轴承企业对 P DM 技术的需求 , 在 S marTea m 平台的基础上 , 为该企业构建了特种轴 承产品数据管理系统 , 建立了适合企业特点及信 息化需求的数据管理模型 , 实现了产品结构管理 、 文档管理 、 工作流程管理及用户权限管理等功能 , 。:, Wolf . Ste

13、p -NC The STEP Com 2 p liant NC Pr ogramm ing I nterface:Evaluati on and I m 2 p r ove ment of the Modern I nterface C .I n I M S Foru m, A scona /Switzerland, 2001:9-10.2 高 英 , 徐 伟 , 闫 虹 . C I M S 环境下 P DM 与 ERP 信息集成的分析与研究 J .机床与液压 , 2006(3 : 216-218.3 路春光 , 孟丽丽 , 郝力文 , 等 . P DM 应用实施及与 CAD 、 ERP 的集

14、成 J .工程图学学报 , 2007(1 :152 -156.4 余旭秦 , 张智海 , 胡长建 , 等 . 面向 P DM 的产品属性 客户化定制技术研究 J .制造技术与机床 , 2005 (4 :71-75.5 徐 雁 , 陈新度 , 陈 新 , 等 . P DM 与 ERP 系统集成 的关键 技 术 与 应 用 J .中 国 机 械 工 程 , 2007, 18 (3 :296-299.(编辑 :张 旭 (上接第 27页 按 JB /T50093-1997 滚动轴承 寿命及可靠 性试验评定方法 对两组试验数据进行计算评 定 3, 取检验水平 2。合格风险 =0. 3, 第 i 个轴承失

15、效时的接收 门限为 t1i=( L /E 不合格风险 =0. 3, 第 i 个轴承失效时的拒绝门限为 t2i=( L /E 其中 : L =KZV b =KZL b 100. 10536; 质量系数 Z =1. 05; 韦布尔分布斜率 b =1. 5。则 A 组样品寿命比 K =0. 67, 可靠度 R e = e (0. 10536/K b -1=82. 5%。 B 组样品寿命比 K =0. 62, 可靠度 R e =e (0. 10536/K b -1=80. 6%。从统 计学上看 , 本次试验数据处理的结果 , A 组样品寿 命与 B 组样品寿命相近 。4 结束语同种样品 , 采用两种不同的试验方法 , 最终的 数据处理结果相同或相近 , 说明两种试验具有一 定的可比性 。仅对产品的寿命考核时 , 可用强化 试验替代台架模拟试验 , 既缩短了试验时间 , 又可 降低试验的费用 。当轴承运转一段时间后 , 振动值会增大 , 可能 还没出现疲劳剥落