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空气润滑无油涡轮增压器轴系设计及性能预测

冯凯  谢永强  郭志阳  
【摘要】:涡轮增压器可以大幅度地提高发动机的功率和燃油经济性,已成为现代汽车不可或缺的重要零部件。目前,增压器普遍使用浮动环油轴承。这种轴承由于使用润滑油,工作转速和工作温度都受到限制,同时也存在漏油隐患。一旦发生漏油不但会影响发动机的燃烧,造成燃烧不充分,严重的时候还可能引发发动机起火。空气动压箔片轴承由于不使用润滑油,被认为是涡轮增压器的理想轴承。然而,空气箔片轴承结构较为特殊,承载能力较低,加之使用的润滑介质(空气)具有可压缩性,使轴承本身的性能表现出极强的非线性特征,因此,在进行涡轮增压器轴系设计时,必须建立起从空气动压箔片轴承性能计算到增压器转子动力学分析的理论和方法,既保证轴承具有足够的承载能力,又保证转子系统具有最佳的稳定性裕度。本文基于前期研究提出的空气箔片轴承性能计算理论,按照转子系统概念设计、空气箔片轴承结构设计性能分析、转子动力学分析的顺序对轴承转子系统进行优化设计,提出空气箔片轴承支撑涡轮机械的基本设计理论和方法。为了验证该设计方法和理论,本文以一款国产涡轮增压器为基础,对其轴系进行改型,采用两个径向轴承和两个推力轴承来代替原有浮动环油轴承及推力盘,进而完成空气润滑无油涡轮增压器转子系统的基本设计。基于上述设计结果对涡轮增压器轴承转子系统进行动力学分析,结果表明涡轮增压器的工作转速范围处于转子系统的第二阶临界转速和第三阶临界转速之间,在涡轮增压器工作转速范围内转子系统都能稳定工作,分析结果验证了所提出的设计方法和理论的可行性。下一步将基于上述设计完成无油涡轮增压器的样机试制工作,并对其转子系统动力学特性进行实验研究。

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