[发明专利]一种用于小型涡轮增压器的浮动轴承结构

说明书

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种浮动轴承，特别涉及一种用于小型涡轮增压器的浮动轴承结构。

背景技术

目前无论是国外或国内的小型涡轮增压器的技术质量状态，都已达到相当高的优化水平，其提高增压器轴系效率可供进一步挖掘的空间和潜力也越来越小。

浮动轴承分全浮动轴承和半浮动轴承两类，如图1所示，当n1=0时，全浮动轴承就变为半浮动轴承结构,箭头表示压力滑油油膜运动、承载、流动方向。随着增压器的转速日益提高，当n＞40000r/min后，普通的滑动轴承已难于胜任，故目前小型涡轮增压器上绝大多数采用浮动轴承，现将两类浮动轴承增压器进行分别比较分析，以找到解决进一步提高增压器轴系效率的途径和措施。

对浮动轴承分析如下：因浮动套两面均有油膜，故在不增加相邻表面间间隙的情况下，能大大增加流过轴承的滑油量，从而降低了轴承温度，其结果可用所谓的温度系数来表示：γ=⊿te/⊿tf；式中⊿tf、⊿te分别为浮动轴承及滑油轴承中滑油的温升。各种文献资料说明和试验结果也表明γ总大于1，γ=1.5～2.29，证明采用浮动轴承后，可降低轴承温度。

由于浮动套以一定转速旋转，相应地减少了与轴颈和轴承座孔之间的相对速度，从而可减小轴承中摩擦功率。这是因为在相同情况下摩擦功率是与圆周速度的平方成正比。浮动套的实际转速可用下式确定：                                                ；式中n1、n0分别表示浮动套的转速与轴颈转速；⊿1、⊿2分别表示轴承中的内外间隙；r2/r1 为半径比；ε1、ε2分别表示内外间隙的偏心度。即ε1=l 1/⊿1 ,ε2=l 2/⊿2；l 1、 l 2分别表示内外间隙的偏心度。

由于轴承中总的间隙较大，故如转子因动平衡有所破坏，其旋转中心不与几何轴线重合时，浮动轴承可自动作出调整，即它本身相当于一个弹性支承，故降低了对转子动平衡的要求，特别适用于高速工作过程，又可很好吸收转子产生的振动，从而延长其工作寿命。

这里对整体式全浮动轴承结构的优缺点进行解析：

优点：LZ值较双列式结构的要小，缩短了增压器的轴向长度，轴的挠曲变形和跳动较小，轴的可靠性相对较好，材料用量少而成本降低。

缺点：轴易产生自激振荡的频率机率较高，易造成轴系的不稳定和不可靠；因整体全浮动套重量大，不利于浮动，浮动效率低而影响轴效率的提高；若整体全浮动套轴向尺寸较长，也难于保证很高的加工精度，且轴系的稳定性也低于双列式结构。

所以实用中整体式全浮动轴承结构基本上被扬弃，多为双列式结构或单体半浮动结构的增压器轴系。

再对双列分开式全浮动轴承式增压器及轴系结构优缺点进行解析:

优点：由全浮动结构原理而知，全浮动轴承套孔内表面由动态油膜承载涡轮转轴，并由发动机的燃气膨胀功推动涡轮转轴顺时针高速旋转，而全浮动轴承套外表面皆由动态油膜承载，并相对于涡轮转轴也做顺时针高速旋转，即增压器的转速实际上等于涡轮转轴一级转速和全浮动轴承套的二级转速的叠加之和，这样就实际上降低了涡轮转轴的实际转速，提高了涡轮转轴的使用可靠性，且轴系的效率相对于单体半浮动轴承结构的要高。

缺点：涡轮转轴及轴系轴向长度较长，不利于涡轮增压器结构小型化、材料用量较大、转动惯性质量较重，因轴系长而轴的挠曲变形及跳动较大、轴系各零件的加工精度相对要求较高，轴系的有害自激振荡（即油膜振荡）因素很难彻底克服和解决，因而轴系震动较大，可靠性较差；动平衡质量水平要求较高，进而加工成本提高。

接着对单体式半浮动轴承结构的优缺点进行解析：

优点：因半浮动轴承套固定不转动，半浮动轴承套外表面的油膜承载为静态，对轴系的涡轮转轴一级转速产生的自激振荡起到了良好的静态阻尼，减振和吸震效果，使轴的可靠性得以提高；涡轮转轴及轴系轴向长度较短，有利于涡轮增压器结构小型化、材料用量较少、转动惯性质量较轻，利于小型涡轮增压器高压比高速化的目标实现，而轴的挠曲变形及跳动较小、轴系各零件的加工精度相对来讲更易实现。

缺点：因半浮动轴承套固定不转动，只有半浮动轴承套内孔一级动态油膜承载涡轮转轴，由发动机的燃气膨胀功推动涡轮转轴顺时针高速旋转，使轴系的摩擦功率损失相对于双列分开全浮动轴承式而言要大，而降低了轴系效率，因增压器的实际转速等于涡轮转轴的一级转速，涡轮转轴转速很高，同样要求轴的动平衡质量水平很高，提高了加工成本。