淺析汽車水泵軸承的裝配設計及工藝研究

李樂 韓曉瑩

摘 要：近年來我國汽車飛速發展，設計水平及產量不斷提升，汽車水泵軸承裝配設計及工藝影響軸承壽命，合理降低成本，提升整車穩定性。本文就汽車水泵軸承的裝配設計及工藝進行研究，提出幾點提升建議。

關鍵詞：汽車水泵；軸承；裝配設計；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.058

0 引言

我國汽車行業發展迅速，對產量及質量要求逐漸提升，同時也對汽車水泵軸承設計及工藝要求也不斷提升，我國汽車水泵軸承在設計過程中多以模仿為主，對裝配設計標準沒有統一，內部結構差異較大。注重汽車水泵軸承的裝配設計及工藝提升，科學構建內部結構，加強強度、溫度及壽命的參數管控，提升承載能力，減少摩擦現象，合理降低成本，善于運用壓裝機進行裝配，設計合理的夾具實現軸承的安裝。汽車水泵軸承裝配設計及工藝，是合理延長軸承壽命的關鍵，能夠為汽車的冷卻系統提供可靠動力，提高整車穩定性。

1 汽車水泵軸承的裝配設計及工藝研究的重要性

近年來我國汽車行業向大功率及高功率方向發展力度較大，為汽車水泵軸承提出新的要求，需要具有較高的耐熱、密封、壽命較長等特性需求，合理裝配設計及工藝應用能夠為系統運行提供可靠保障。隨著新型結構應用，軸連軸承結構逐漸被廣泛應用，在美國、德國、日本等國家應經廣泛采用，我國近年來也重視對其規范化發展及研究，為汽車水泵軸承裝配設計及工藝提升提供可靠的基礎保障。通過水泵軸承的應用降低發動機燃料燃燒、能量推動曲軸連桿機構等運動造成的發動機溫度迅速升高問題，保證發動機內部零件機械性及磨損問題的有效控制，使發動機正常運行。水泵為汽車的冷卻系統提供可靠的動力，通過軸承帶動葉輪旋轉為冷卻液獲得壓力和速度，實現冷卻系統流道的輸送，保障系統的有效運行。泵體、葉輪、軸承、水封及帶輪等組成汽車水泵，面對運行過程中高溫、高濕等惡劣的環境，水泵的裝配設計及工藝需求更高，作為精密的機械零件，在裝配及工藝流程中，注重對軸承及其周圍零件的管理，對機械加工的傷痕、毛刺等問題進行更換，在安裝過程中必須具有較為精密的工具，保證主軸、內孔的一致性，保證汽車水泵的健康運行。

2 汽車水泵軸承裝配設計

2.1 水泵軸承性能分析

汽車水泵結構較為緊湊，其工作環境較為惡劣，對設備的穩定及壽命要求較高，尤其是裝配設計環節，必須與現實相結合，使水泵軸承處于最佳運轉狀態，減少摩擦損耗、溫度升高等問題，合理提升軸承的使用壽命。汽車冷水泵由殼體、皮帶輪、軸承、水封、葉輪、冷卻風扇以及其他傳動件共同組成，軸承在運轉過程中一端受到皮帶轉動產生徑向力而另一端則與葉輪旋轉產生不平衡力，而水泵軸承作為非標準軸組裝性能較好，能夠滿足運行需求，降低游隙調整空間，實現整車冷卻系統運行。在汽車水泵運行過程中水泵的轉速高，軸承需

具有較高的承載能力，防止聯軸器偏心質量引起離心力以及冷卻水進入機械密封環等問題，在運行過程中，水泵空間較為有限，運行溫度、濕度以及粉塵較多，保障密封性就耐久性，軸承需要在調教較為惡劣情況下運行。在裝配過程中還需要精細度較高的壓裝機與壓裝工藝，為軸承裝配提供可靠保障。

2.2 注重水泵軸承承載力的裝配設計

由于內部空間受限，水泵軸承結構以滾子和球兩列滾動體檢的距離控制為主。在汽車水泵結構中軸承在內軸上開溝槽，在設計過程中要注重軸承壽命，球列和滾子列上進行額定動載荷和當量在和的分別計算，保證運行耐久性需求。汽車水泵軸承中軸連軸承技術已經在國外標準化推行，我國相關企業同時也注重這一信息，及時開發不同的產品，在裝配設計過程中要注重積極引進產品及技術，合理提升設計開發成本控制能力，注重延長軸承壽命，保證系統的有效運行。在汽車水泵軸承中一列滾子一列球結構則適用于較大徑向載荷系數較大的場合，目前主要以雙列球結構適用于徑向載荷系數較小的系統，軸承外徑尺寸及皮帶輪的加載位置、兩列球之間的距離影響軸承的承載力。汽車在行駛過程中冷卻水一般維持在60-80度之間，水泵軸承以風扇轉動產生的軸向力以及轉動阻力矩為主，帶輪上具有皮帶拉力，水泵葉輪產生軸向力、徑向力以及轉動阻力矩內容，兩列滾子的徑向和軸向反力，各零部件均有重量，對汽車水泵軸承受力受到影響，在設計過程中必須考慮相關內容，根據不同力的計算，制定符合水泵軸承所需承載力，保障水泵軸承壽命穩定。

2.3 加強汽車水泵軸承密封圈設計

在汽車水泵軸承裝配設計中也要考慮水泵的密封圈設計，汽車水泵結構中防止水、油沁入，降低系統壽命。水泵軸承密封圈一般由金屬骨架增加結構的剛性，以橡膠作為密封圈主體，加強與外圈牙口的配合度，合理采用密封結構，保障在水環境下發生漏脂及水進入軸承內腔問題，合理控制軸與密封的接觸產生過盈量控制不足，產生摩擦生熱、密封性不足等問題，且軸承表面存在微凸問題，必須在裝配設計中要注重對軸與密封圈接觸表面的疲勞，合理制定接觸表面周期性的交變應力及其分布，結合疲勞壽命理論延長軸承密封圈的有效壽命。

3 汽車水泵軸承裝配工藝

汽車水泵軸承裝配工藝是影響軸承壽命周期的主要因素之一，通過多年的研究及發展，軸承裝配工藝不斷提升，壓裝機應用逐漸成為主流，并不斷提升壓裝機的精密度，保證軸承的平衡運行。在軸承的裝配過程中需要將軸向中心線與裝配孔保持一致，一旦出現軸承裝配不平衡，對壓裝傾斜造成鋼球的載荷，容易出現滾道軌跡偏離，油脂攪拌及保持架出現額外應力加劇，造成軸承溫度過高及鋼球當量載荷增大，均對軸承的使用壽命長短帶來影響。水泵軸承與泵體的過盈配合中使用壓力機進行壓裝，在壓裝過程中一般有液壓與氣壓力機兩種，并具有壓力監控設備，對壓樁過程中超出設定的范圍將進行報警，對壓裝過硬量過大、軸承在壓裝過程中傾斜以及其他問題進行及時掌握，但由于壓力范圍較大，不能夠實現精密的可控性，容易造成偏差且不容易發覺。水泵軸連軸承作為精密元件在裝備之間必須對外殼、法蘭、葉輪、水封進行檢查，確認軸承是否有加工的傷痕、毛刺、切削等質量問題，防止在安裝過程中將安裝力作用在滾動球體上，合理采用機械壓力進行壓入，輔助工具的應用對內孔與主軸進行一致性調節，保證功能配合，對水泵軸承與法蘭過盈量進行合理設計及安裝，滿足結構的承載及強度要求，減少接觸區兩端邊緣應力過于集中現象，設定合理的過盈量，可采用在應力集中處采取倒角或倒圓弧等方法，提高結構的強度，保證運行需求。

軸承在安裝之前必須檢查軸與外殼的配合表面、溝槽以及連接表面的加工質量，對配合連接表面進行必要的清洗，且需要在干燥及清潔的環境下進行安裝。軸承所用潤滑油也要注重選擇，應選擇無雜質、抗氧化、防銹等性能較好的潤滑脂，合理的填充量填充到軸承內，對帶密封結構的雙列滾子軸承和水泵軸連軸承已經填充好的潤滑脂不可進行清洗，可直接進行使用。

在汽車水泵軸承裝配工藝中軸承壓裝是設計的要點，合理運用壓裝技術，保證軸承的受力平衡，降低摩擦，合理提升軸承壽命。汽車水泵軸承的設計壽命要求在五千小時以上，在軸承壓裝之前，泵體需首先加熱到一百攝氏度滿足軸孔熱漲內經增加需求，增加軸承的拉脫力可采用涂膠方法，降低壓裝力，對泵體壁厚容易出現殼體變形、壓裂情況，可采用軸承孔壁作為支撐，方便壓裝調試，強化壓裝的精細度及壓力準，保障壓裝深淺強度精準定位，保障壓力大小在要求范圍內。注重壓裝機的參數設定，確保正確的壓裝數據，避免在測試中出現偏差，提升壓裝機的有效性，為軸承投入運行提供可靠保障。在壓裝過程中可采用夾具導引，并注重壓裝導套與定位塊的距離，防范因同軸度過大或過小、導套與軸承內軸間隙與軸承長度向匹配，防止出現壓裝傾斜、鋼球磨損等現象出現，對壓裝的壓力、速度及時間進行深入管控，對軸承的定位精度及導向精度要著重把握。在安裝后要進行旋轉試驗，以動力進行無負荷或低速運轉方式進行，若無異常視運行情況進行緩慢提升旋轉速度及負荷，對產生的噪音、振動及溫度升高現象進行監測，一旦出現異常立即停止運轉，進行檢查后方可進行正常使用。

4 結束

汽車水泵軸承裝配設計及工藝涉及軸承的使用壽命，為汽車冷卻系統提供可靠的保障，在裝配設計中注重對軸承的承載力與密封性設計，保障運行的有效性，在裝配工藝中注重壓裝的過程控制，保障軸與裝配孔的平衡裝配，為鋼球的運行提供保障。在汽車技術水平不斷提升的現在，水泵作為冷卻系統的關鍵，發揮著穩定及延長發動機的作用，軸承作為水泵的薄弱環節不僅需要在設計過程中進行提升，還要從工藝方法上提升壽命與耐性，實現水泵軸承的健康平穩運行，為冷卻系統提供可靠保障。隨著我國汽車行業的不斷發展，合理裝配設計及工藝提升汽車水泵軸承壽命有效延長，在結構設計過程中注重各項參數的科學性，工藝方面提升安裝精確程度，為冷卻系統運行提供可靠保障，維持汽車發動機的平穩運行，為行業發展提供可靠保障。

參考文獻：

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