汽车水泵用非对称双列角接触球轴承设计.pdf

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第33卷第3期
哈尔滨轴承
Vol33 Nu. 3
2012年9月
JOURNAL OF HARBIN BEARING
sep.2012
汽车水泵用非对称双列角接触球轴承设计
林波
(舍弗勒贸易(上海)有限公司,上海201804
摘要:简要介绍了应用于汽车发动机系统的水泵轴承最新的设计方案。通过分析水泵轴承的承载能力提出
了新的非对称角接触结构,这是一种非对称載荷下经济、完美的设计方案。
关键词:发动机;水泵轴承;非对称结构;设计
中图分类号:TH133.33
文献标识码:A
文章编号:1672-4852(2012)03-0002
Design of asymmetric double row angular contact ball bearing
for automotive water pump
( Schaeffler Trading( Shanghal)Co., Ltd. Shanghai 201804, China)
Abstraet; This paper introduces the latest design scheme used in automotive engine system water pump bearing. Through the
hal ysis on the carrying capacity of the water pump bearing, a new asymmetric angular contsct structure was pointed out, th
was the perfect and economic design umder the asymmetrical load
Key words: engine; water pump beating, asymmetric structure; design
1前言
荷曲线如下图1
随着汽车工业的发展,以大众EA888为代表的
新一代汽车发动机也越来越追求产品的大功率和高
效率,而发动机的多样性的设计地对水泵轴承提出
了更高的性能要求。如具有较高的抗热性能、更大
的承载能力以及良好的密封性能等。汽车水系轴承
就是经过不断的优化和发展,目前产品最为主流的0
设计是双列球结构和一球一柱结构的模式。
发动机转速^pm
图1发动机的载荷曲线
水泵轴承载荷的分析
3非对称双列角接触球轴承结构设计
双列对称球轴承结构的水泵轴承主要用于承受
径向和部分轴向载荷较小的场合,不适合较大轴
非对称双列角接触球轴承设计结构如图2所
向载荷⊥祝;一球一柱结构则适用于皮带轮端有
高载荷和有冲击载荷的场合。该结构不适用于歧
(1)外形结构上,轴承同样根据发动机要求的
帯载荷偏心工况。而对于皮帯载荷偏心,又没有尺寸设计,径向載荷重心作用于轴承靠近皮带轮的
较大冲击的场合,含弗勒公同提出了非对称角接触
双列球设计结构,这种结构不但大大提高双列球轴
(2)两列钢球采用同中心径和钢球直径设计,
承的皮带轮偏心承载能力,又能承受较大的叶轮轴靠近叶轮的一列,采用填球装配角接触球轴承设
向载荷、是一种更先进的设计方案。发动机的载。计方式,而在承载力较大的皮带轮端的一列,钢球
收稿日期:2012-02-27
的个数根据载荷的要求及内部空间计算得出;曲
作者简介:林波(1983-),男,工程师.
率上,外圈沟道都采用0.53-0.54的曲率系数,轴上
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哈尔滨轴承
第33卷
泵轴承油脂选用 kleber的 petamo GHY133N聚冰
脂,该油脂的工作温度范围为-30℃到160℃,不
但具有良好的耐温耐水性能,在发动机的工作环
境中还具有超长的寿命性能。水泵轴承中,油
脂的填充量为轴承内部空间的25%~45%。
4非对称双列角接触球轴承的寿命
计算
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,需要分别计
图2非对称双列角接触球轴承结构
算两列滚动体各自的寿命,可用球轴承或者滚子
的沟道采用051~0.52的曲率系数
轴承的寿命计算方法来分判计算。舍弗勒公司利
3)由于皮带轮端钢球列的例球个数较多,实用白行开发的 Bearinx:软件通过模找载荷进行轴
现不了填球角装配,为了便于轴承的装配,靠近承的寿命计算和应力分析。
皮带轮的外圈沟道采用兀挡边设计,磨削时采用金
图4所示为非对称双列角接触球轴承参数化
刚砂轮一次磨削成型
寿命Ih的计算,由图可知轴承的承载能力的在两
(4)皮带轮端钢球的球保持架采用全锁的锁列钢球的中心线上呈正态分布,所以载荷的重心
球设计,装配时,先将钢球安装到保持架上,再加载在正态分布的交集的位置才能得到最长的水
将带钢球的保持架压装到已经选配装好游的轴承泵轴承使用寿命。
图5所示为非对称双列角接触球轴的接触
(5)设计轴承的接触角度根据轴向游膜一般应力分析的可视化视图,可以根据应力的分布规
设计为20°~25°。
6)设计径向游隙采用标准设计的
律改进轴承的设计结构,提髙轴承的应用寿命
0.015-0.030mm
(7)轴承独特的密封设计
水泵轴承的密封不仅要防止油脂的泄漏,还
要能防止水和水蒸气进人轴承内部。舍弗勒公司
根据各种不同的工况,开发了单唇、单唇加抛油
环、双唇和R-SAFE四种不同结构的密封(见
图3)。其中单唇结构是最经济的方案,单唇带
抛油环结构具有经济的反弹保护能力,双唇结构
比単唇结构具有更好的防水汽进入和油脂泄露
的能力.R-SAFE结构是拥有专利保护的新型机
构,不仅能有效的防止密封的渗水,也能有效的
防止密封对接面的锈蚀,能提供吏长的水泵质保
期
图4非对称舣列角接触球轴承寿命L计算
单
单唇带抛油环
图3非对称双列角接触球轴承的密封方案
(8)轴承油脂的选用
水泵轴承的油脂不仅需要有良好的耐热性和
耐水性,还要综合考虑油脂与尼龙保持架的相
图5非对称双列角接触球轴承应力分析
容性和油脂对金属的腐蚀性能,舍弗勒公司的水
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