高压泵用立式安装轴承端盖结构设计

　　做高压泵结构设计快十二年，经手的端盖类零件没有一百也有八十，这次的轴承端盖是给三柱塞高压往复泵做的配套支撑件，和常见的圆形法兰端盖不一样，这个零件把轴承定位、安装支座、轴端密封三个功能整合到了一体，省掉了泵体侧额外的轴承座安装凸台，整体装配的同轴度更容易保证。

　　先讲实际应用场景，这类端盖一般用在额定压力25MPa到40MPa的工业高压泵上，常见于油田注水、化工流程增压、高压水除鳞这类工况，泵的曲轴端或者传动轴伸出端就靠这个零件做轴承外圈定位，同时承受轴系运转带来的径向载荷和部分轴向窜动的力，还要挡住轴承腔里的润滑脂不泄漏，同时阻挡外界的粉尘、冲洗水进到轴承滚道里。之前做过的分体式结构，端盖和安装支架分开加工，装配的时候要反复打表调同轴度，稍微差个0.02mm，轴承跑个几百小时就会出现外圈蠕变，温升直接飙到八十度以上，这次的一体式结构从根源上解决了装配累计误差的问题。

　　从功能特性上拆解，上部的半圆法兰结构是核心的轴承定位区域，内孔的公差带选的是H7，和深沟球轴承或者角接触轴承的外圈做过渡配合，法兰端面上均匀分布的六个螺栓孔，是用来把端盖锁紧在泵体的轴承腔端面的，拧紧螺栓之后端盖端面会顶住轴承外圈的端面，把轴系的轴向窜动量控制在0.1mm以内，避免轴系运转的时候出现窜动撞击。下部的矩形安装板是和泵体机架连接的承载区域，两列对称分布的螺栓孔是用来把整个端盖组件固定在泵的侧架上，这个区域的厚度比上部法兰厚了4mm，就是为了抵消泵运转时候的振动，避免连接螺栓出现疲劳松动。

　　设计的时候最先考虑的是安装边界，首先要匹配常用的6208或者7208系列轴承，所以上部内孔的直径定在80mm，法兰外圆做到160mm，保证螺栓孔的中心圆直径在130mm，螺栓选M8的内六角圆柱头螺钉，孔位做沉头设计，避免螺栓头突出干涉周边的管路布局。下部安装板的总高度做到220mm，宽度和上部法兰的厚度保持一致都是40mm，两列安装孔的横向中心距是25mm，纵向孔间距是30mm，适配市面上多数标准高压泵的侧架安装孔位，不用额外改动机架的原有孔系就能直接替换。

　　结构细节上也做了不少适配工况的调整，内孔靠近轴承的位置开了一个2mm宽的挡圈槽，可以装孔用弹性挡圈，防止轴承外圈在高压冲击载荷下出现轴向位移；端盖和轴配合的位置预留了5mm宽的密封槽，可以装丁腈橡胶的骨架油封，密封唇口的线速度控制在8m/s以内，完全满足高压泵曲轴最高1500转的运转要求。零件的所有棱边都做了R1的圆角过渡，尤其是法兰和下部安装板连接的位置，做了R5的大圆角过渡，避免应力集中，毕竟高压泵运转的时候有周期性的脉冲载荷，应力集中的位置很容易出现疲劳裂纹，之前有过教训，直角连接的端盖在连续运转三千小时之后，拐角位置出现了贯穿性裂纹，润滑油漏了一地差点烧了轴承。

　　选材方面默认用的是HT250灰铸铁，铸件做时效处理消除内应力，加工完之后平面度控制在0.03mm以内，和轴承外圈配合的内孔粗糙度做到Ra1.6，端面的粗糙度做到Ra3.2，保证密封面的贴合度，不会出现润滑油渗漏的问题。如果是用在有腐蚀性介质的化工场景，也可以换成304不锈钢材质，只是加工的时候要注意刀具的参数，避免粘刀导致内孔尺寸超差。

　　实际装配的时候要注意，端盖装上去之前要在配合面上涂一层薄薄的密封胶，螺栓要对角分次拧紧，拧紧力矩控制在12N·m左右，不要一次拧死，不然容易把端盖的法兰边压变形，导致轴承外圈被挤偏，运转的时候出现异响。另外要注意骨架油封的安装方向，密封唇要朝向轴承腔一侧，不要装反，不然外面的水和灰很容易进到轴承里。

　　和传统的圆形端盖比，这种带安装支座的一体式端盖，零件数量少了两个，装配工时能省差不多十五分钟，而且整体的刚性更好，在高压脉冲载荷下的变形量比分体式小了近40%，轴承的使用寿命能延长百分之三十左右，后期维护的时候拆检也更方便，不用拆整个泵的侧架，只要把端盖上的螺栓拧下来就能直接检查轴承和油封的状态，非常适合野外作业的高压泵设备使用，毕竟油田或者矿山现场的维修条件有限，拆装越方便，停机维护的时间就越短，能给用户省不少的运维成本。