CN107327475B - 一种抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承。传统的涡轮增压器止推轴承重点关注其承载能力和增压器的压端漏油改善方面，而不能适应高脉动下的发动机废气载荷冲击工况。本发明的浮动式止推轴承与传统止推轴承相比，能够实现双面承载，因此具有较大的合阻尼能。两片浮动式止推轴承为一组安装于涡轮增压器上，在轴向力方向不同时，均可实现双面承载；在轴向力高脉动冲击工况下，承载能力大，阻尼减振效果好，极大程度的适用于高脉冲排气发动机增压系统，提高可靠性，延长使用寿命。

Description

一种抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承
技术领域
本发明涉及止推轴承领域，具体涉及一种用于涡轮增压器的抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承。
背景技术
发动机的高温废气进入涡轮增压器，推动涡轮做功，使与其同轴相连的压气机工作，提供给发动机更多的高压、高密度新鲜空气，从而提高发动机功率、扭矩，降低排放。随着社会的发展进步，节能减排要求日益严格，涡轮增压发动机已广泛应用于汽车、船舶及航空等领域，其中由于单缸机和两缸机的排气具有高脉动的特点，使得涡轮增压器转子在一个循环工况内受到较强的轴向脉动载荷冲击，导致其可靠性和使用寿命极大衰减。
传统的涡轮增压器止推轴承如专利CN201010103835和CN201310746039所公开的，都固定在中间体上，两面设有油楔面，同时在涡轮转轴上设有止推台肩和止推片，在转轴高速旋转时，油楔面形成动压油膜实现涡轮增压器转子的轴向承载作用。已经公开的关于止推轴承改进发明主要集中在两方面：一是提高承载能力，延长使用寿命；二是减小发动机长时怠速时的压端漏油。如专利CN201280047183发明了一种径向收口的止推轴承提高止推承载能力，专利CN201280063414的滑动推力轴承也能够扩大其承载能力，保证可靠性，延长使用寿命，专利CN201320827562公开的新型止推轴承改善了油孔设计，使进油通畅，增强润滑从而提高使用寿命，专利CN201380017643公开了一种锥形凸台式止推轴承，凸台斜面的角度会随轴向负载的变化而实时调节，大负载时大承载力延长使用寿命，小负载时小的摩擦功耗，提高机械效率。在减小压端泄露方面，专利CN201310274295将压端的止推面移至了转轴中段，专利CN201410015671将传统的两边分散回油改为中间集中回油，两种方法均在一定程度上减小了压端漏油风险。
上述已公开的止推轴承能够有效提高止推轴承承载，并在一定程度上减小压端漏油，但均不能很好的适应高脉动下的废气载荷冲击工况，基于上述原因，本发明提供了一种能够抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述已有技术存在的不足，提供一种用于涡轮增压器的浮动式止推轴承，由于其具有较大的阻尼，因此具备承载高脉动的轴向冲击载荷的能力。在用于高脉冲排气发动机时，能够有效承载和吸收脉动冲击，提高工作可靠性，延长使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供的抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承，为双面止推轴承，实施方式为：
抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承为周期性对称圆环结构，两侧设有若干个均布油槽。
所述的浮动式止推轴承两侧的油槽镜像对称，一侧为正槽，一侧为倒槽，并与中心线呈一定夹角θ，角度大小主要取决于设计转速，转速越高，角度越小，尤其是符合如下关系：
所述θ角与设计转速nd的关系为：
θ＝90-arctan(πndr/60)
式中，r为轴承中心到油槽底部的距离。
使所述油槽在工作时形成动压油膜，承载轴向力，缓冲轴向脉动的效果最好。所述的油槽由外向内应指向转轴旋转方向，即指向与转轴旋转方向一致，促使动压油膜形成。
区别于传统的涡轮增压器止推轴承，所述的浮动式止推轴承安装与涡轮增压器核心体组件上，沿轴向留有0.06～0.14mm的总窜动量。同时可以绕转轴自由旋转。因此在增压器工作时，形成动压油膜，承载轴向力，缓冲轴向脉动。
所述的浮动式止推轴承通常由两片为一组，安装于增压器的封油盖和中间体之间，并由轴封套隔开。进而形成四个止推油膜，从压端到涡端依次编号为止推油膜I、II、III和IV。
所述的轴封套随转轴以转速ω旋转，由于浮动式止推轴承在旋转方向无约束，因此，在止推油膜II和III的带动下，浮动式止推轴承以小于ω的转速ωA旋转，两者之间存在相对运动。动压止推油膜II和III的承载力和阻尼会随转速的升高而增大。
所述的浮动式止推轴承以转速ωA旋转，封油盖和轴承体静止不动，止推油膜I和IV的承载力和阻尼同样随转速升高而增大。
所述的浮动式止推轴承阻尼为粘弹性阻尼，运动规律遵守 运动方程，具有的阻尼能为2πβωA2m。其中，β为振幅衰减的常数，A是振幅，m为转子质量。
在排气脉动作用下，当增压器轴向力指向涡端时，止推油膜III和IV共同作用，两者的合成阻尼大于常规的单面承载止推轴承。当轴向力指向压端时，止推油膜I和II共同作用，两者的同样具有较大的合阻尼。当用于高脉动排气发动机时，排气脉动变化可能会导致增压器轴向力方向的脉动变化，此时采用带有浮动式止推轴承的涡轮增压器，其浮动式止推轴承分别有两个承载油膜，具有较大的合阻尼，能够进行有效承载，并吸收轴向力的脉冲振动，因此，对提高工作可靠性，延长使用寿命极为有利。
本发明的优点在于：
(1)浮动式止推轴承为双面止推轴承，在转子轴向力朝向一边时，双侧动压油膜同时起作用，承载能力大，阻尼减振效果好。
(2)浮动式止推轴承在旋转方向无约束，在增压器转轴旋转带动下，能以低于转轴转速的速度旋转，止推面相对转速减小，有利于降低摩擦功耗。
(3)采用两片浮动式止推轴承为一组安装于涡轮增压器上，在两个轴向力方向，均可实现双面承载，承载能力大，阻尼减振效果好，极大程度的适用于高脉冲排气发动机增压系统，提高可靠性，延长使用寿命。
附图说明
图1是本发明的浮动式止推轴承平面视图。
图2是采用浮动式止推轴承的涡轮增压器核心体组件剖视图。
图3是止推油膜I、II、III和IV说明示意图。
图4是单个浮动式止推轴承双面止推油膜合承载力随转速变化规律。
图5是单个浮动式止推轴承双面止推油膜合阻尼随转速变化规律。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承10，如图1所示，为双面止推轴承。
所述的抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承10为周期性对称圆环结构，两侧设有若干个油槽101，沿周向均匀分布。
所述的油槽101将环面102分为若干个相等的止推承载面103。
所述的浮动式止推轴承两侧的油槽101镜像对称，一侧为正槽，一侧为倒槽，并与中心线呈一定夹角θ，角度θ大小主要取决于设计转速，转速越高，角度θ越小，反之亦然。
尤其是符合如下关系：
所述θ角与设计转速nd的关系为：
θ＝90-arctan(πndr/60)
式中，r为轴承中心到油槽底部的距离。
使所述油槽在工作时形成动压油膜，承载轴向力，缓冲轴向脉动的效果最好。
所述的油槽101由外向内应指向转轴旋转方向ω，即油槽指向与转轴旋转方向一致，保证动压油膜供油充分。
如图2所示，所述的浮动式止推轴承10由两片为一组，分别为10.A和10.B，安装于封油盖303和中间体301之间，并由轴封套304的台肩305隔开，且沿轴向留有0.06～0.14mm的总窜动量。由于浮动式止推轴承10可以绕转轴自由旋转，进而形成四个止推油膜，分别为：封油盖303面10与浮动式止推轴承10.A面11之间的止推油膜I，浮动式止推轴承10.A面12与台肩305面13之间的止推油膜II，台肩305的面14与浮动式止推轴承10.B面15之间的止推油膜III，以及浮动式止推轴承10.B面16与中间体301面17之间的油膜IV，见图3。
所述的面13随转轴以转速ω旋转，由于浮动式止推轴承10.A在旋转方向无约束，因此，在止推油膜II的带动下，以小于ω的转速ωA旋转，面13与面12之间相对运动。所述的面11会以转速ωA旋转，面10为静止面。
当转速比ωA/ω为0.5时，浮动式止推轴承10.A的双面动压止推油膜I和II(或浮动式止推轴承10.B的双面动压止推油膜III和IV)的合承载力，随转速变化关系如图4所示。其变化规律与常规止推轴承的一致，都随转速升高而增大，但其承载能力约为常规止推轴承的1.25倍。
当转速比ωA/ω为0.5时，浮动式止推轴承10.A的双面动压止推油膜I和II(或浮动式止推轴承10.B的双面动压止推油膜III和IV的合阻尼)，随转速变化关系如图5所示。基本与转速呈线性关系，浮动式止推轴承10的和阻尼约为常规止推轴承的2倍。
在排气脉动作用下，当增压器轴向力指向压端时，止推油膜I和II共同作用，两者的合成阻尼大于常规的单面承载止推轴承。当增压器轴向力指向涡端时，止推油膜III和IV共同作用，两者的同样具有较大的合阻尼。当用于高脉动排气发动机时，排气的脉动变化可能会引起增压器轴向力方向的脉动变化，此时采用两片浮动式止推轴承10具有较大的合阻尼，能够进行有效承载，并吸收轴向力的脉冲振动，因此，对提高工作可靠性，延长使用寿命极为有利。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承，其特征在于，所述止推轴承可以绕转轴自由旋转，所述止推轴承为周期性对称圆环结构，两侧设有若干个均布油槽；所述油槽镜像对称，一侧为正槽，一侧为倒槽，油槽由外向内指向转轴旋转方向，即指向与转轴旋转方向一致，并与中心线呈一定夹角θ，所述θ角与设计转速nd的关系为：
θ＝90-arctan(πndr/60)
式中，r为轴承中心到油槽底部的距离，
所述油槽在工作时形成动压油膜，承载轴向力，缓冲轴向脉动，
所述止推轴承沿轴向留有0.06～0.14mm的总窜动量，
所述浮动式止推轴承由两片为一组，安装于增压器的封油盖和中间体之间，并由轴封套隔开，进而形成四个止推油膜。
2.如权利要求1所述的抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承，其特征在于，所述止推轴承安装于涡轮增压器核心体组件上。
3.如权利要求1所述的抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承，其特征在于，所述止推轴承随转轴以小于转轴转速ω的转速ωA旋转，两者之间存在相对运动，动压止推油膜的承载力和阻尼会随转速ω的升高而增大。
4.如权利要求1所述的抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承，其特征在于，所述止推轴承以转速ωA旋转，封油盖和轴承体静止不动，两者之间形成动压止推油膜。
5.一种带有权利要求1-4任一项所述浮动式止推轴承的涡轮增压器，其特征在于，包括核心体组件、涡轮壳组件、压气机壳组件、以及放气阀组件。
6.一种如权利要求1-4任一项所述的抗高脉动的大阻尼浮动式止推轴承进行止推的方法，其特征在于，封油盖面与浮动式止推轴承之间形成止推油膜I，台肩面两侧分别与浮动式止推轴承面形成止推油膜II和止推油膜III，以及浮动式止推轴承面与中间体面之间形成油膜IV，在排气脉动作用下，当增压器轴向力指向涡端时，止推油膜III和止推油膜IV共同作用，两者的合成阻尼大于常规的单面承载止推轴承；当轴向力指向压端时，止推油膜I和止推油膜II共同作用，两者的合成阻尼大于常规的单面承载止推轴承。
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