含轴裂纹汽车水泵转子系统动力学特性分析.pdf

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1、第51卷第7期农业装备与车辆工程2013年7月V01．51No．7AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERINGJuly2013doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2013．07．001含轴裂纹汽车水泵转子系统动力学特性分析胡美玲，魏道高，马倩(230009安徽省合肥市合肥工业大学机械与汽车工程学院)[摘要】为了获得含轴裂纹故障的汽车水泵转子系统的动力学特性，本文将该系统简化为水平悬臂转子，建立了叶轮受液体阻力矩的含轴裂纹水泵转子系统力学模型。基于该模型，对水

2、泵转子动力特性进行数值仿真。结果表明。水泵转子出现轴裂纹故障时，频率成分新增了二、三倍频，．K-'-、三倍频成分幅值随裂纹深度增加而递增，轴心轨迹的形状及幅值随裂纹深度变化较大。分析结果可为水泵安全设计和裂纹故障检测提供理论参考。[关键词】水泵；悬臂转子；开闭裂纹；非线性动力学[中圈分类号】THIl3．1；U464．138[文献标志码】A[文章编号】1673—3142(2013)07-0001--05AnalysisonD珊lmicCharacteristicsoftheWaterPumpRotorSystemof

3、Automobilewi恤aCrackedShaftHuMeiling，WeiDaogao，MaQi锄(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，HefeiCity，AnhuiProvince230009，China)[Abstract】Inordertogetdynamiccharacteristicsofthewaterpumprotorsystemofautomobilewithacrackedshaft，in

4、thispaper，thesystemissimplifiedtoahorizontalover-hungrotor，andamechanicalmodelofthewaterpumprotorsystemconsidefingthedr粥torqueactingontheimpellerisfounded．Basedonthismodel，thedynamiccharacteristicsoftherotorsystemareinvestigatedbynumericalsimulation．Theresults

5、showthat，whencrackappearsontheshaftofthewaterpump，secondandthirdharmonicsnewlyappearcomparedtowithouttheactionofcrack，andtheamplitudesofeachfrequencycomponentaleallincreasingwiththeincreasingofthecmcI【depth．Inaddition．theshapesoforbitoftherotorcenterbecomenlor

6、ecomplicatedwhenthecrackdepthisincreasing．Theresultscanprovidetheoreticalreferencesforthesafetydesignandcrackfaultsdetectionofwaterpump．【Keywords]waterpump；over-hungrotor；switchingcrack；nonlineardynamic0引言冷却水泵是汽车发动机冷却系的重要部件之一。水泵在工作过程中，由于受到曲轴皮带轮驱动扭矩及液体阻力扭矩作用。其各

7、零部件的振动及故障将对其运转稳定性和可靠性产生较大的影响。而水泵轴裂纹故障又是常见且对其动力学特性影响较大的因素。因此含轴裂纹水泵的动力学特性是众多学者长期以来所关心的重要课题。对于汽车水泵动力学特性，许多学者已做了广泛而深入的研究，周喜格对水泵零部件的有限元模型进行模态分析，求得其固有频率和振型并进行了叶轮不平衡量引起的转子谐响应分析。以考察不平衡量对转子挠度的影响【l】。陈建飞计算了汽车水基金项目：国家自然科学基金资助项目(51050002)；汽车安全与节能国家重点实验室开放基金项目(KF2007—05)收稿日

8、期：2013-05-09修回日期：2013-05—10泵转子在给定参数下的临界转速，并分析了轴承的轴向刚度和径向刚度对临界转速的影响圆。水泵转轴裂纹是其安全工作的隐患，对含裂纹故障的水泵转子动力学特性进行研究，能为其稳定运转提供理论参考。国内外学者关于裂纹轴转子动力学特性有了广泛深入研究。朱厚军等研究了Jeffcott裂纹转子，导出了固定坐标系中裂纹轴的刚度