一种水泵轴连轴承装置的制作方法

本实用新型属于汽车发动机水泵轴连轴承技术领域，具体涉及一种水泵轴连轴承装置，预先集成安装有水封，直接注塑成型嵌装在工程塑料壳体内部，能够简化水泵的结构。

背景技术：
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水泵轴连轴承由外圈、轴、滚动体、保持架、润滑脂、密封圈等组成，在轴的一端安装水封和叶轮，而在轴的另外一端，安装皮带轮或者法兰盘。无论是轴一端安装的叶轮、水封，还是轴另外一端的皮带轮，都是通过过盈配合安装在光滑的轴上。常规的轴连轴承选用的钢材为高碳铬轴承钢，因为优质轴承钢的冶炼通过真空脱氧，电磁搅拌，氧化物含量较少，在能承受较大的接触压应力的同时还能承受较大的高变拉应力，通过热处理后，轴的滚道硬度为58-62HRC，外圈滚道硬度为60-64HRC，钢球和滚子硬度为61-65HRC，当轴和外圈采用渗碳轴承钢制造时，滚道硬度为60-64HRC，保持架材料通常选用增强尼龙66，密封圈的材料一般采用丁晴橡胶，当要求较高时，也可选用氟橡胶密封圈。中国专利201721079302.8公开的一种冲压成型的水泵轴连轴承包括轴芯和外圈，所述轴芯凸出外圈的一端为叶轮固定端，所述轴芯另一端的端壁设置有安装孔，所述安装孔与轴芯同轴设置；所述安装孔内侧壁凸起设置有固定块；所述安装孔内插设有皮带轴，所述皮带轴外侧壁设置有与固定块外侧壁相贴合的固定槽；中国专利201721266125.4公开的一种单列水泵轴连轴承包括芯轴和外圈，所述芯轴和外圈之间设置有滚动体，所述轴承上还设置有用于安装滚动体的保持架；所述滚动体的两侧分别设置有第一密封圈和第二密封圈；所述第一密封圈和第二密封圈位于芯轴与外圈之间；中国专利201720501167.5公开的一种外圈带注塑槽的水泵轴连轴承包括芯轴与外圈，外圈包覆于芯轴外侧，芯轴与外圈之间设有滚动体，外圈通过过盈配合固定于机壳内，外圈外壁具有注塑槽，该注塑槽沿外圈的轴向设置，注塑槽内可容纳胶料，由胶料对外圈与机壳的过盈配合进行增强。滚动体包括滚子与钢球，滚子通过滚子保持架装设于芯轴与外圈之间，钢球通过钢球保持架装设于芯轴与外圈之间，外圈两端分别设有密封圈，密封圈内壁贴附于芯轴表面，注塑槽的位置居于滚子与钢球之间；中国专利201720483273.5公开的一种非对称角接触球水泵轴连轴承包括芯轴、外圈，外圈包覆于芯轴外侧，芯轴与外圈之间设有第一保持架及第二保持架，第一保持架与第二保持架之间相互平行，第一保持架中的钢球数大于第二保持架中的钢球数。外圈内侧具有第一沟道与第二沟道，第一保持架位于第一沟道内侧，第二保持架位于第二沟道内侧，第一沟道的外侧边具有开口面，该轴承第一保持架中的钢球数大于第二保持架中的钢球数，第一保持架处能够承受较大的载荷；中国专利201420012778.X公开的一种新型汽车水泵轴连轴承由外圈、芯轴、滚动体、滚子保持架、球保持架和密封圈组成，所述的外圈内同轴连接芯轴，在外圈和芯轴之间设置有两排滚动体，滚动体包括钢球和滚子，滚子的两端安置有滚子保持架，钢球的一侧安置有球保持架，密封圈共有3个，两个密封圈安置在外圈的右侧，另一个密封圈安置在外圈的左侧；中国专利201420342934.9 公开的一种水泵轴连轴承由外圈、轴、钢球、保持器、圆柱滚子、密封件组成，轴承钢球的内轨道直接开在轴上，钢球装在内、外轨道之间，用保持器固定同组钢球之间的位置，轴承的两个侧面用密封件密封，轴承的一端为齿轮端，另一端为叶轮端，靠近齿轮端的密封件为油封，靠近叶轮端的密封件为密封环；中国专利201320654619.5公开的一种轴带外花键双列角接触的水泵轴连轴承包括外圈、轴、滚动体、保持架、密封圈，其中，所述外圈的内径上设两个外滚道，所述轴的外径上设有两个与外滚道对应的内滚道，两个外滚道的间距大于两个内滚道的间距，保持架安装在外圈和轴之间，滚动体通过保持架安装在外圈与轴之间的滚道内，所述滚动体与所述外滚道、内滚道的接触点形成一个角度；外圈内径的两侧均设有一防尘密封槽，防尘密封槽位于外圈两外滚道的外侧；所述密封圈的外径安嵌在防尘密封槽内，密封圈的内径与轴过盈配合；所述轴上进一步设有一渐开线外花键，渐开线花键设置在水泵轴连轴承法兰端的台阶外径上；中国专利 201320654616.1公开的一种带有甩水环复合式密封结构的水泵轴连轴承包括外圈、轴、滚动体、保持架、法兰端密封圈和叶轮端带甩水环的复合密封结构，其中，所述外圈的内径上设两个外滚道，所述轴的外径上设有两个与外滚道对应的内滚道，保持架安装在外圈和轴之间，滚动体通过保持架安装在外圈与轴之间的滚道内；所述外圈内径的两侧均设有一防尘密封槽，防尘密封槽位于外圈两外滚道的外侧；所述法兰端密封圈的外径安嵌在防尘密封槽内，密封圈的内径与轴过盈配合；叶轮端带甩水环的复合密封结构包括密封圈和甩水环，密封圈安装在防尘密封槽和轴之间，并为过盈配合，甩水环一端与轴过盈配合，另一端与密封圈过盈配合。

汽车发动机水泵由壳体、叶轮、水封、轴连轴承、皮带轮等组成。壳体上安装水泵轴连轴承和水封，壳体一般是铝合金压铸而成，压铸后对安装轴承、水封等部位进行精密机械加工，确保各部件安装后能够精密协调工作。水泵轴连轴承的轴上安装皮带轮和叶轮，水封内径部分安装在水泵轴连轴承的轴上，水封外径安装在壳体精密加工的内表面上，两部分之间利用端面摩擦形成密封。随着材料技术的发展，开发出了新的工程塑料，例如PPS工程塑料，具有耐高温、吸水率低、易成型、质量轻等优点，而且随着注塑工艺水平的提高，注塑后的产品基本不需要进行机械加工，因此在成本方面也很有优势，还可以与热管理模块进行集成，目前在发动机水泵领域开始得到推广应用。塑料水泵的壳体注塑成型后一般不加工以降低成本，而且塑料的热膨胀系数和钢的热膨胀系数不同，如果采用壳体注塑后压装轴连轴承的方式，精度和使用效果都不能满足要求，因此塑料水泵壳体一般预先将轴连轴承嵌入，然后进行注塑，注塑后壳体和轴连轴承形成一体，能够保证精度和使用效果。常规的水泵轴连轴承外圈外圆表面一般为光滑表面，而且经过了精密加工，表面粗糙度很低，因此与注塑后其结合强度比较低，在承受较大的负荷，或者使用温度升高后由于塑料和钢的热膨胀系数不同，两者容易产生分离现象。对于塑料水泵，由于注塑后不进行机械加工，因此在轴承和注塑壳体之间安装水封时，注塑精度达不到精密机械加工的水平，极易产生安装误差，造成水封密封失效，产生漏水现象，如果对注塑表面进行精密加工，会造成成本上升。基于以上问题，研发设计一种水泵轴连轴承装置，提高与注塑壳体的结合强度，避免出现分离和滑动现象，具有较好的社会、经济效益，应用前景广阔。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种水泵轴连轴承装置，对传统的水泵轴连轴承进行改进，增强与注塑壳体的结合强度，避免出现分离和滑动现象，提高防水性能。

为了实现上述目的，本实用新型涉及的水泵轴连轴承装置主体结构包括外圈、芯轴、滚动体、止动槽、螺纹孔、螺塞、泄水孔、水封和冷却液；圆环状结构的外圈套设在圆柱形结构的芯轴的中部，外圈与芯轴之间设置有滚动体，外圈的外表面开设有1-3条环状结构的止动槽，止动槽槽底为直纹面，外圈的右端开设有圆形结构的螺纹孔，螺纹孔中设置有圆柱头结构的螺塞，螺塞的中心开设有圆形结构的泄水孔，外圈与芯轴的右端接触处设置有水封，水封的结构包括静环和动环，静环设置在外圈内表面上，动环设置在芯轴上，水封内填充有冷却液。

本实用新型涉及的外圈的长度为35-60mm，比传统外圈的长度增加了1/3-1/4；滚动体为钢球或者圆柱滚子；止动槽的深度为 0.5-2mm，止动槽的数量小于1时，注塑壳体与外圈的结合强度不足，止动槽的数量大于3时，加工和注塑成本会上升；止动槽槽底进行滚直纹处理，能够增强外圈与注塑壳体的结合强度，注塑时，工程塑料填充到止动槽的内部，外圈与工程塑料紧密接触，外圈与工程塑料通过止动槽槽底的直纹面紧密接触和咬合，工程塑料的热膨胀系数高于钢的膨胀系数一倍以上，在高温情况下，由于止动槽槽底的直纹面的作用，外圈与工程塑料不会产生分离和滑动，使外圈与工程塑料成为完整的部分，而且在使用中不会产生分离的失效风险；螺纹孔的位置靠近静环；螺塞的作用是预防螺纹孔在注塑时被工程塑料堵塞；泄水孔在注塑后不会被工程塑料堵塞，用于排放渗入外圈的冷却液；在注塑过程中，突出的螺塞能够显示外圈的位置，注塑后，泄水孔在注塑壳体的底部，能够防止因泄水孔的堵塞而造成无法排泄渗漏的冷却液；水封的密封是依靠静环的光滑端面与动环的光滑端面摩擦实现的；冷却液为防冻冷却液。

本实用新型涉及的水泵轴连轴承装置将外圈向水泵叶轮一端延长，并对延长的外圈内表面进行精密加工，由于外圈内表面属于外圈的一部分，装配后，能够保证芯轴和外圈内表面的位置精度，注塑后，注塑壳体整体覆盖外圈，充分考虑了水封的安装因素，满足水封的安装要求，在注塑过程中不需要考虑水封的安装问题，在注塑结束后，壳体不需要进行加工。

本实用新型涉及的水泵轴连轴承装置使用时，水泵轴连轴承装置旋转带动安装在芯轴上的叶轮旋转进行冷却液的输送，在外圈与叶轮之间使用水封进行密封，防止冷却液进入外圈的内部而导致水泵轴连轴承装置的失效；基于此，水封在结构上有动与静之间的相对运动，水封的密封是依靠静环的光滑端面与动环的光滑端面摩擦产生相对运动，摩擦表面之间由冷却液进行润滑，防止产生高温烧结，造成水封的密封失效，所以，会有极少量的冷却液泄漏并聚集到静环与外圈之间，如果聚集的冷却液渗入到外圈的内部，对滚动体的润滑产生影响，造成泵轴连轴承装置的失效；传统的水泵轴连轴承的铝合金压铸壳体在壳体的压铸后，在轴连轴承和水封之间预先加工泄水孔，渗出的冷却液通过泄水孔排出；本实施例涉及的水泵轴连轴承装置的外圈与水封集成装配成一体，充分考虑了泄漏冷却液的排放问题，简化了壳体的加工过程。

本实用新型与现有技术相比，对水泵轴连轴承的结构进行了改进，特别是对与注塑壳体配合的外圈进行了结构改进，在外圈外径上加工出环状的带有设定深度的止动槽，止动槽槽底进行滚直纹处理，注塑时，工程塑料填充到止动槽的内部，与外圈紧密接触，即使工程塑料与止动槽的材料热膨胀系数不同，由于止动槽的作用，工程塑料与止动槽也不会产生分离和滑动现象，提高了外圈与注塑壳体的结合强度，同时，采用轴连轴承集成水封的形式，提高水泵的防水性能；其结构简单，具有易于安装和维修的优势，密封效果好，使用寿命长。

附图说明：

图1为本实用新型的主体结构原理示意图。

图2为传统的水泵轴连轴承的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的水泵轴连轴承装置的主体结构包括外圈1、芯轴 2、滚动体3、止动槽4、螺纹孔6、螺塞7、泄水孔8、水封9和冷却液 13；圆环状结构的外圈1套设在圆柱形结构的芯轴2的中部，外圈1与芯轴2之间设置有滚动体3，外圈1的外表面开设有1-3条环状结构的止动槽4，止动槽槽底5为直纹面，外圈1的右端开设有圆形结构的螺纹孔6，螺纹孔6中设置有圆柱头结构的螺塞7，螺塞7的中心开设有圆形结构的泄水孔8，外圈1与芯轴2的右端接触处设置有水封9，水封9的结构包括静环10和动环11，静环10设置在外圈内表面12上，动环11 设置在芯轴2上，水封9内填充有冷却液13。

本实施例涉及的外圈1的长度为35-60mm，比传统外圈的长度增加了1/3-1/4；滚动体3为钢球或者圆柱滚子；止动槽4的深度为0.5-2mm，止动槽4的数量小于1时，注塑壳体与外圈1的结合强度不足，止动槽4 的数量大于3时，加工和注塑成本会上升；止动槽槽底5进行滚直纹处理，能够增强外圈1与注塑壳体的结合强度，注塑时，工程塑料填充到止动槽4的内部，外圈1与工程塑料紧密接触，外圈1与工程塑料通过止动槽槽底5的直纹面紧密接触和咬合，工程塑料的热膨胀系数高于钢的膨胀系数一倍以上，在高温情况下，由于止动槽槽底5的直纹面的作用，外圈1与工程塑料不会产生分离和滑动，使外圈1与工程塑料成为完整的部分，而且在使用中不会产生分离的失效风险；螺纹孔 6的位置靠近静环10；螺塞7的作用是预防螺纹孔6在注塑时被工程塑料堵塞；泄水孔8在注塑后不会被工程塑料堵塞，用于排放渗入外圈1 的冷却液13；在注塑过程中，突出的螺塞7能够显示外圈1的位置，注塑后，泄水孔8在注塑壳体的底部，能够防止因泄水孔8的堵塞而造成无法排泄渗漏的冷却液13；水封9的密封是依靠静环10的光滑端面与动环11的光滑端面摩擦实现的；冷却液13为防冻冷却液。

本实施例涉及的水泵轴连轴承装置与图2所示的传统的水泵轴连轴承相比，传统的水泵轴连轴承采用铝合金压铸壳体，轴连轴承安装孔和水封静环的安装孔采用精密加工一次完成，所以，轴连轴承安装后，再安装水封，水封的安装精度得到充分的保证，避免了水封的漏水；而本实施例涉及的水泵轴连轴承装置采用工程塑料注塑壳体，外圈1和壳体注塑后形成一体，后续再安装的水封9，水封9的静环10安装部分的塑料壳体无法加工，壳体注塑的精度无法保证水封9的安装要求，所以，水封9会发生漏水，无法保证水泵的正常使用；为了解决水封9的安装问题，本实施例涉及的水泵轴连轴承装置将外圈1向水泵叶轮一端延长，并对延长的外圈内表面12进行精密加工，由于外圈内表面12属于外圈1的一部分，装配后，能够保证芯轴2和外圈内表面 12的位置精度，注塑后，注塑壳体整体覆盖外圈1，充分考虑了水封9 的安装因素，满足水封9的安装要求，因此，在注塑过程中不需要考虑水封9的安装问题，在注塑结束后，壳体不需要进行加工。

本实施例涉及的水泵轴连轴承装置使用时，水泵轴连轴承装置旋转带动安装在芯轴2上的叶轮旋转进行冷却液13的输送，在外圈1与叶轮之间使用水封9进行密封，防止冷却液13进入外圈1的内部而导致水泵轴连轴承装置的失效；基于此，水封9在结构上有动与静之间的相对运动，水封9的密封是依靠静环10的光滑端面与动环11的光滑端面摩擦产生相对运动，摩擦表面之间由冷却液13进行润滑，防止产生高温烧结，造成水封9的密封失效，所以，会有极少量的冷却液13泄漏并聚集到静环10与外圈1之间，如果聚集的冷却液13渗入到外圈1的内部，对滚动体3的润滑产生影响，造成泵轴连轴承装置的失效；传统的水泵轴连轴承的铝合金压铸壳体在壳体的压铸后，在轴连轴承和水封之间预先加工泄水孔，渗出的冷却液通过泄水孔排出；本实施例涉及的水泵轴连轴承装置的外圈1与水封9集成装配成一体，充分考虑了泄漏冷却液13的排放问题，简化了壳体的加工过程。