第51卷第7期 Vol.51
No.7
农业装备与车辆工程
ACRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINC
doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2013.07.001
2013年7月 July 2013
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】为了获得舍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短的含轴裂较水泵转子系统力学模型。基于该模型，对水泵转子动力特性进行数值仿真。结果表明，水系转子出现轴裂纹故障时，频率成分新增了二、三倍频，且二、三倍频成分幅债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校大。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
[中图分类号】TH113.1；U464.138
【文献标志码】A
[文章编号】 16733142(2013)07-0001-05
Analysis onDynamicCharacteristicsoftheWaterPumpRotorSystemof
Automobile with a Cracked Shaft Hu Meiling, Wei Daogao, Ma Qian
(School of Mechanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei City, Anhui Province 230009, China)[Abstract] In order to get dynamic characteristics of the water pump rotor system of autornobile with a cracked shasft, in this paper, the system is simplified to a horizontal overhung rotor, and a mechanical model of the water pump rotor system considering the drag torque acting on the impeller is founded. Based on this model, the dynamic characteristics of the rotor system are investigated by numerical simulation. The results show that, when crack appears on the shaft of the water pump, second and third harmonics newly appear compared to without the action of cruck,and the amplitudes of each frequency component are all increasing with the increasing of the crack depth. In addition, the shapes of orbit of the rotor center become more complicated when the crack depth is increasing, The results can provide theoretical references for the safety design and crack faults detection of water pump.
[Key words] water pump; overhung rotor; switching crack; nonlinear dynamic
0引言
冷却水泵是汽车发动机冷却系的重要部件之。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"。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）
收稿日期：2013-05-09 万方数据
回日期：2013-05-10
泵转子在给定参数下的临界转速，并分析了轴承的抽向刚度和径向刚度对临界转速的影响闪。
水泵转轴裂纹是其安全工作的隐惠，对含裂纹
故障的水系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人研究。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矩阵，分析了响应的频率特性，高建民等通过对裂纹转子参数共振及其分数倍频分量的理论分析和研究，得到了获取裂纹扩展信息的方法。而对于含轴裂纹水泵转子系统非线性动力学特性研究的报导则较少。因此，本文在以上学者研究的基础上针对含轴裂纹水泵转子，建立了一个含轴裂纹水平悬臂转子系统力学模型，利用该模型研究了裂纹故障对其非线性振动特性的影响[5]。采用数值计算与仿真分析，模拟了转子的振动响应，分析了裂纹深度对转子动力特性的影响，获得了转子的轴心轨