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)動機上的一個運轉(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轉(zhuǎn)時出現(xiàn)異常噪聲,降低水泵壽命,嚴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)?,兩種情況下,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)?,兩種情況下,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特征,沖擊峰上下對稱,沿時間逐漸衰減,細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)6嗵帩L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。