汽車水泵軸承故障下的時域特性

摘 要：汽車水泵（以下簡稱水泵）出現(xiàn)異常噪聲由軸承故障原因引起的比例較多，本文介紹了水泵軸承不同故障下的噪聲時域特性，為了解水泵整體噪聲特征及判定產(chǎn)品質(zhì)量提供了參考。

關(guān)鍵詞：汽車水泵;軸承;時域特性;沖擊峰

1 水泵及軸承結(jié)構(gòu)和軸承主要故障

水泵作為發(fā)動機(jī)上的一個運(yùn)轉(zhuǎn)件，主要有水泵體、軸承、水封、葉輪、皮帶輪等部件組成，葉輪、皮帶輪等部件依靠軸承承載，若軸承出現(xiàn)故障就會造成水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)異常噪聲，降低水泵壽命，嚴(yán)重時會造成水泵失效。

水泵軸承多數(shù)為軸連結(jié)構(gòu)，即軸連軸承，它主要由外圈、軸、滾柱、滾球、密封圈、保持架、潤滑脂等部件組成。

水泵軸承常見主要故障可歸納為：（1）鋼球表面磕碰傷、劃傷及制作缺陷。（2）滾柱表面磕碰傷、劃傷及制作缺陷。（3）外圈滾道表面磕碰傷、劃傷及制作缺陷。（4）軸滾道面磕碰傷、劃傷及缺陷。（5）軸承游隙超差，過大或過小。（6）潤滑脂內(nèi)有異物。

2 水泵噪聲檢測

水泵噪聲檢測裝置包括：噪聲測試系統(tǒng)（麥克風(fēng)、分析軟件等）、半消聲室、試驗臺（運(yùn)行傳動、控制系統(tǒng)）、試驗夾具等。

我公司的水泵噪聲檢測方法步驟如下：（1）水泵噪聲試驗臺水箱內(nèi)加注冷卻液，水泵裝夾至試驗夾具上，安裝驅(qū)動水泵的皮帶，調(diào)整皮帶張力。（2）按照要求設(shè)定水泵轉(zhuǎn)速、流量、介質(zhì)溫度、系統(tǒng)壓力等參數(shù)。（3）布置噪聲測試系統(tǒng)的麥克風(fēng)位置，通常布置在水泵的正前方、左側(cè)方、右側(cè)方、上方0.5m或0.2m處;設(shè)定、調(diào)試噪聲測試系統(tǒng)參數(shù)，啟動試驗臺，水泵預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）去掉驅(qū)動水泵的皮帶，設(shè)定水泵對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)速，測試背景噪聲。（5）安裝驅(qū)動水泵的皮帶，設(shè)定轉(zhuǎn)速、流量、系統(tǒng)壓力等參數(shù)，測試水泵工作聲壓級值。（6）根據(jù)測試數(shù)據(jù)編寫試驗報告。

我公司為了解水泵軸承噪聲特性，根據(jù)軸承常見的幾類故障預(yù)制了對應(yīng)缺陷的水泵軸承，將這些軸承分別安裝至水泵上，進(jìn)行噪聲檢測，并對檢測結(jié)果和正常的水泵噪聲時域特性進(jìn)行比較。

3 水泵噪聲時域特性

按照我公司的水泵噪聲檢測方法，對某種水泵進(jìn)行了噪聲檢測，水泵轉(zhuǎn)速設(shè)定1000r/min，檢測時間30s，對應(yīng)的時域特性結(jié)果如下：

3.1 正常水泵軸承

正常水泵的工作總聲壓級值最小，時域波形無明顯沖擊性故障特征，無明顯的聲壓峰值，波形疏密均勻且上下呈對稱分布。

3.2 鋼球表面缺陷

鋼球表面缺陷分為兩種：一個鋼球表面?zhèn)投鄠€鋼球表面?zhèn)瑑煞N情況下，水泵工作總聲壓級值均較大，時域波形具有相似性，均為斷續(xù)周期性沖擊波，波形呈上下對稱分布，時間間隔基本相同;表面?zhèn)匿撉驍?shù)目增大，沖擊波的時間間隔亦相應(yīng)減小。

3.3 滾柱表面缺陷

滾柱表面?zhèn)卜譃閮煞N：一個滾柱表面?zhèn)投鄠€滾柱表面?zhèn)瑑煞N情況下，水泵工作總聲壓級值均較大，水泵噪聲時域波形具有相似性，具有明顯的沖擊特征，沖擊峰呈細(xì)線形，且疏密均勻，沖擊幅值具有上下不對稱特征，有多個衰減振動信號，同一轉(zhuǎn)速下相鄰沖擊峰時間間隔相同;表面?zhèn)臄?shù)目增大，時間間隔亦減小。

3.4 外圈滾道面缺陷

外圈滾道面?zhèn)謨煞N：一處外圈球滾道面?zhèn)投嗵幫馊χ鶟L道面?zhèn)?，水泵工作總聲壓級值均明顯較大，時域波形顯示有大幅沖擊和明顯的隨機(jī)特征，沖擊峰上下對稱，沿時間逐漸衰減，細(xì)密的振動信號加載在相對稀疏的衰減振動曲線上，主峰頻率不隨轉(zhuǎn)速和滾道面?zhèn)臄?shù)量而變化，為結(jié)構(gòu)固有噪聲。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時，滾動體與外圈滾道相互作用而形成振動源。

3.5 軸滾道面缺陷

軸滾道面?zhèn)謨煞N：一處滾道面?zhèn)投嗵帩L道面?zhèn)?。多處滾道面?zhèn)a(chǎn)生的沖擊峰較一處滾道面?zhèn)臎_擊峰明顯，都具備相似特征：出現(xiàn)較正常水泵相對密集的高幅值衰減振蕩區(qū)，沖擊峰具有非周期性和隨機(jī)性，并上下對稱，主峰頻率不隨轉(zhuǎn)速和滾道面?zhèn)臄?shù)量多少而變化。

3.6 軸承游隙超差

軸承游隙超差分為徑向、軸向游隙超上限值和超下限值兩種，兩種情況下工作時域波形未反映出明顯的異常特征，只是游隙超下限值后的時域波形偶爾出現(xiàn)沖擊峰，有明顯的隨機(jī)性特征。長時間工作軸承磨損后，出現(xiàn)沖擊峰的頻率增大，幅值增大。

3.7 潤滑脂內(nèi)有異物

潤滑脂內(nèi)有異物時的水泵工作時域波形沖擊峰有明顯的隨機(jī)性特征，沖擊峰或有或無，峰值或高或低。沖擊峰表現(xiàn)出明顯的衰減振動形狀，有細(xì)密的高頻振動信號，幅值上下對稱。

4 總結(jié)

水泵噪聲主要由水泵工作時軸承各零部件振動而發(fā)出，假如軸承不存在缺陷，裝配水泵后尺寸、形位公差、游隙等也均為理想狀態(tài)，則會發(fā)生一種平穩(wěn)、連續(xù)的噪聲，該噪聲屬于水泵或軸承的固有噪聲，其主頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)。通過檢測結(jié)果表明，軸承外圈滾道面缺陷的水泵工作聲壓級值最大，時域波形的沖擊峰最大，有明顯的隨機(jī)性，但頻次較高;軸承鋼球表面缺陷和滾柱表面缺陷的水泵工作聲壓級值較大，分別呈現(xiàn)斷續(xù)和連續(xù)的沖擊峰，同一種缺陷穩(wěn)定轉(zhuǎn)速條件下沖擊峰的時間間隔基本相同，有一定的規(guī)律性;軸承軸滾道面缺陷水泵沖擊波形具有非周期性隨機(jī)性，沖擊峰上下對稱。軸承游隙超差、潤滑脂內(nèi)有異物的水泵，時域波形沖擊峰有明顯的隨機(jī)性特征，無明顯規(guī)律。任何時域波形中異常的沖擊峰均會使聲壓級值增大，明顯的沖擊峰造成水泵出現(xiàn)異響。

作者簡介：胡濱（1972-），男，河南西峽人，主要從事水泵的研究測試工作。