增压器浮环轴承润滑和散热性能的影响因素研究

发布时间：2019-07-25 20:40

【摘要】：在以往对增压器浮环轴承润滑性能的研究中,大都忽略了转轴-浮环-轴承座之间的传热,这与实际的浮环润滑摩擦状况相去甚远,且没有研究浮环轴承的散热性能。考虑转轴-浮环-轴承座之间的热传递,建立转轴-浮环-轴承座热量传递模型,基于Reynolds方程和浮环平衡方程,建立浮环轴承润滑模型,同时对浮环轴承润滑性能和散热性能进行分析,研究浮环厚度、外层间隙、内圆宽度和外圆宽度对浮环轴承润滑和散热性能的影响规律。结果表明:减少浮环厚度可以明显改善浮环的润滑和散热性能;浮环外层间隙增加可以降低浮环温度,改善浮环轴承的散热性能;内圆宽度增加,环速比、内膜温度、浮环摩擦功耗和轴承座散热量增加;外圆宽度增加,环速比减小,轴承座散热量增加;黏压效应对浮环轴承润滑和散热性能的影响很小。
【图文】：

润滑模型。在此基础上，探讨了浮环厚度、浮环外层间隙、浮环内圆宽度、外圆宽度和黏压效应对环速比、内膜温度、浮环温度、内膜最大油膜压力、浮环摩擦功耗和轴承座散热的影响，其中内膜温度(选取浮环内膜温度而非外膜温度作为研究参量的原因在于内膜温度远高于外膜温度，油膜发生失效的可能性更大)，内膜最大油膜压力和浮环摩擦功耗作为评价浮环润滑性能的指标，轴承座散热作为评价浮环散热性能指标，环速比(为转轴转速与浮环转速的比值)和浮环工作温度则关系到浮环工作的可靠性。1计算模型1.1浮环轴承润滑模型图1所示为浮环轴承结构示意图。图1浮环轴承结构示意图1.1.1Reynolds方程采用Reynolds方程表征内膜-浮环-外膜系统中内层油膜和外层油膜的压力分布，忽略体积力及惯性力的影响，由式(1)、(2)表示3ii3iiiiJJiRi2ii12122hphpRRhRzzR(1)33oooooRooooo212122hphpRhRzzR(2)式中，Ri,Ro为浮环内圈半径和外圈半径；RJ为转轴半径；hi,ho分别为内膜油膜厚度和外膜油膜厚度；pi，po分别为内膜油膜压力和外膜油膜压力；J,R分别为转轴和浮环角速度；μi，μo分别为内膜和外膜油膜黏度。1.1.2浮环油膜厚度方程浮环轴承内、外油膜厚度[6]hi=hi0+hiTrhTj(3)ho=ho0hoTr+hTc(4)式中，hi0、ho0为不计浮环表面变形的内外油膜厚度；hiTr、hoTr分别为浮环表面热变形引起的内外油膜厚度变化量，其中浮环热变形使内膜间隙变大，使外膜间隙变小；hTj为转轴热变形引起的内膜油膜厚度变化量，转轴热变形使内膜间隙变小；hTc为轴承座热变形引起的外膜油膜厚度变化量，轴承?

增压器浮环轴承润滑和散热性能的影响因素研究

G2和G3分别为承载力平衡(式(24))、摩擦力矩平衡(式(25))和浮环热量平衡(式(26))的收敛判据。图2计算流程图承载力收敛判据10.01ioiFFGF(24)摩擦力矩收敛判据20.01ioiGГГГ(25)浮环热量收敛判据30.01iringringoiringPPGP(26)3计算模型验证为验证论文模型正确性，与文献[6-8]试验结果进行比较，在算例中，浮环轴承参数采用试验中轴承性能参数[6-8]，并采用本文的模型进行分析，获取不同转速下的环速比与文献[6-8]相应试验值的对比情况，见图3。图3环速比的理论值和试验值对比由图3可见，本文采取的模型算法结果与试验值吻合较好，但理论值略小于试验值，原因可能是因为文献[6-8]中的环速比试验在冷态条件下进行，同时文献[6-8]认为转轴温度近似等于内膜温度，外膜温度近似等于轴承座温度，因而在本文模型验证计算中，以转轴和轴承绝热作为边界条件进行计算，继而导致内膜黏度和外膜黏度有一定偏差，但理论值和试验值整体趋势基本一致，随转速增加，，环速比降低的幅度也与试验值基本相同，从而证明本文模型的可靠性。4结果与分析表1为分析浮环轴承和润滑油主要参数。计算中所用浮环轴承应用于HT3B中低速涡轮增压器，该涡轮增压器的工作转速范围为40～120kr/min。
【作者单位】：同济大学汽车学院;海南大学机电工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(51106114) 上海市自然基金(16ZR1438500) 内燃机燃烧学国家重点实验室开放课题(K2016-04)资助项目
【分类号】：TH133.3

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