燃油泵波形弹簧可靠性设计改进研究.pdf

制造技术研究 航天制造技术
燃油泵波形弹簧可靠性设计改进研究
文红武
海军装备部,西安 710077
摘要:通过对现用波形弹簧进行反设计分析和刚度计算,采取改变材料,选用三波形,
改变单件厚度等技术措施,并进行了系列考核验证,提高了波形弹簧工作的可靠性。
关键词:波形弹簧;可靠性;设计改进
1 引言 某型燃油泵使用中多次出现轴承失效故障,轴承
跑道出现剥落现象,严重影响叶轮供油品质。经检查
某型燃油泵是型节流离心泵,用于向燃油调节
发现是因为波形弹簧发生了永久变形,施加给轴承的
系统提供高压燃油。为保证轴承正常稳定运转,需要
预紧力变小,导致轴承非正常运转,提高波形弹簧工
给轴尾端轴承外环施加预紧负荷, 如图1 所示,使
作的可靠性成为当务之急。
轴承的滚珠和滚道完全吻合,起到了消除径向游隙的
作用,从而减少了振动和噪音。波形弹簧的主要特
2 波形弹簧工作可靠性分析
点是很小的变形即能承受较大的载荷,并且受力对称
及具有较小的安装尺寸和较小的材料应用,主要用在
2.1 波形弹簧工作特性
变形量和轴向空间要求很小的、减小振动的场合。
轴承的预负荷力-位移曲线图 2。该曲线
是通过对装配好的燃油泵叶轮施加负荷,测量相
应负荷下的位移值拟合。合格曲线应具有两处拐
点B、D ,其 中B 点的 力值应 在445.2244.522N
内,B和D的位移差值应在 0.02540.0762mm之
间,C点力值比B点大 110N。该曲线表明燃油泵
装 配后轴承的 预紧情况, 其中B-D 段 为产生预 紧
力的波形弹簧的弹性变形, B和D的位移差符合波
形 弹簧组 件的 制造要 求:从 445N 起 始的最 大位
移量为 0.02540.0762mm。A-B段为克服 445N
图 1 波形弹簧装配关系图
预紧力消除 的轴承游隙,D-E段为 零件的微观 间
作者简介:文红武1977-,工程师,航空航天发动机专业;研究方向:航空航天
发动机燃油控制系统研究。
收稿日期:2015-06-04
19 制造技术研究 制造技术研究 2 015 年 航天制造技术 6 月第 3 期
隙 及变形。波形弹簧片须使轴承外圈最大位移处 表 1 长时间贮存的波形弹簧特性检查情况
序号 泵号 力值N 波形垫高度mm
于弹力范围内, 其预紧力必须增大到使轴承在受
燃油泵波形弹簧可靠性设计改进研究
到 外 部 所 有 负 荷 的 影 响 下 都 处 于 动 态 吻 合 状
态。
文红武
海军装备部,西安 710077
摘要:通过对现用波形弹簧进行反设计分析和刚度计算,采取改变材料,选用三波形,
改变单件厚度等技术措施,并进行了系列考核验证,提高了波形弹簧工作的可靠性。
关键词:波形弹簧;可靠性;设计改进
2.3 波形弹簧典型特性试验
通过调研发 现波形弹簧 的残余变形 主要发生在
前 100h,之后变形很小。依据这情况,根据波形弹
簧预紧力 445N,工作温度 150的工作状态,制定将
波形弹簧施加 445N负荷后放置在 150155油温下
保持 100h的双百试验方案。试验结果见表 2。
图 2 力-位移图
表 2 现用波形弹簧双百试验结果 mm
试验前 试验后 变化量
ch 2.2 oos波 ing形 th弹 ree w簧故 av障 e f现 orm象 . T及 hen典 a s型特 eries性 试 of p验 er formance test are validated.
445N负荷下 445N负荷下 自由 445N负荷下
序号 自由 自由
根据对贮存时间较长的波形弹簧进行统计,的压缩高度 的压缩高度 高度 的压缩高度
高度 高度
发 现波 形弹簧 的弹 力发生 了衰 减,与 燃油 泵力- 5 6.28 2.54 5.9 2.39 0.38 0.15
1 位移曲线引言 对 波形弹簧 的 弹力要求 存 在较大的 偏某型燃油泵使用中多次出现轴承失效故障,轴承
离, 见图 3所示。 跑道出现剥落现象,严重影响叶轮供油品质。经检查
某型燃油泵是型节流离心泵,用于向燃油调节
发现是因为波形弹簧发生了永久变形,施加给轴承的
系统提供高压燃油。为保证轴承正常稳定运转,需要
预紧力变小,导致轴承非正常运转,提高波形弹簧工
给轴尾端轴承外环施加预紧负荷, 如图1 所示,使
作的可靠性成为当务之急。
通过以上性能数据对比可见,波形弹簧经过试验
轴承的滚珠和滚道完全吻合,起到了消除径向游隙的
后发生明显塑性变形,自由高度及 445N负荷下的压
作用,从而减少了振动和噪音。波形弹簧的主要特
2 波形弹簧工作可靠性分析
缩高度均降低,自由高度变化量为 0.30.39mm;
点是很小的变形即能承受较大的载荷,并且受力对称
445N负荷下的压缩高度变化量为 0.110.25mm。
及具有较小的安装尺寸和较小的材料应用,主要用在
2.1 波形弹簧工作特性
通过试验可知,现用波形弹簧塑性变形明显,在
变形量和轴向空间要求很小的、减小振动的场合。
轴承的预负荷力-位移曲线图 2。该曲线
实际使用过程中难以保证为轴承提供稳定的预紧力。
是通过对装配好的燃油泵叶轮施加负荷,测量相
为确保使用安全,必须对现用波形弹簧进行改进。
图 3 7台泵保存 7年后的力-位移图
应负荷下的位移值拟合。合格曲线应具有两处拐
点B、D ,其 中B 点的 力值应 在445.2244.522N
3 波形弹簧可靠性设计改进研究
通过分析认为,造成上述问题的原因可能是波形
内,B和D的位移差值应在 0.02540.0762mm之
弹簧在长期使用过程中发生衰减,刚度减小,施加的
间,C点力值比B点大 110N。该曲线表明燃油泵
3.1 现用波形弹簧反设计计算
预紧力变小,使波形弹簧预变形减小,导致 B点提前。
装 配后轴承的 预紧情况, 其中B-D 段 为产生预 紧
现 用 波形弹 簧 材料为 T8A 工 具钢, 中径
针对以上分析结果,对波形弹簧弹力进行检查,结果
力的波形弹簧的弹性变形, B和D的位移差符合波
49.022mm,厚度 2.1mm,波数为 2,见图 4。
如表 1。
形 弹簧组 件的 制造要 求:从 445N 起 始的最 大位
由以下 结果 可见,波形 弹簧弹力较 设计要求的
移量为 0.02540.0762mm。A-B段为克服 445N
图 1 波形弹簧装配关系图
2.292.54mm均有不同程度的衰减,即波形弹簧预紧
预紧力消除 的轴承游隙,D-E段为 零件的微观 间
力出现了减小。
作者简介:文红武1977-,工程师,航空航天发动机专业;研究方向:航空航天 图 4 现有波形弹簧外形图
发动机燃油控制系统研究。
收稿日期:2015-06-04
20 19 制造技术研究 制造技术研究 制造技术研究 2 015 年 航天制造技术 航天制造技术 6 月第 3 期
隙及对波形弹簧最大允许变形量进行计算验证:变形。波形弹簧片须使轴承外圈最大位移 处 表 1 长时间贮存的波形弹簧特性检查情况 表 3 波形弹簧参数计算结果