试验研究
现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)
2011年第9期
涡轮增压器高速混合陶瓷球轴承发热及其效率研究
田欣利"，毛亚涛"，许森"？，姚巨坤"郭”
（1装甲兵工程学院再制造技术重点实验室，北京100072;265041部队，沈阳110013）
摘要：建立了高速混合陶瓷球轴承和滑动轴承的发热计算模型，对发热量进行计算，分析了混合陶瓷球轴承发热的影响因素。对使用混合陶瓷球轴承和滑动轴承的涡轮增压器总效率进行对比试验，结果表明，使用混合陶瓷球轴承的涡轮增压器的总效率和极限转速均有显著提高。
关键词：涡轮增压器；陶瓷球轴承；率擦生热；总效率
中图分类号：TH133文献标志码：A文章编号：1671—3133(2011)09—0005—05
Heat generating analysis of high-speed hybrid ceramic
ball bearing of turbocharger and efficiency TIAN Xin-li',MAO Ya-tao',XU Sen'2, YAO Ju-kun',GUO Fang
(1 Science and Technology on Remanufacturing Laboratory , Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072, China;2 Troop No. 65041 of PLA,Shenyang 110013,China )
Abstract; The heat generated models of high-speed hybrid ceramic ball bearing and sliding bearing are established, the friction heat of the two bearings selected is calculated, and the heat influence factors of high-speed hybrid ceramic ball bearing are ana-lyzed. The total efficiency tests of turbocharger with hybrid ceramic ball bearing and sliding bearing are done respectively,and the result shows that comparing with sliding bearing,both the total efficiency and the limiting speed of the turbocharger with hybrid ceramic ball bearing are improved significantly.
Key words: turbocharger;ceramic bell bearing;friction heat;total efficiency
0引言
涡轮增压器是利用发动机排出废气的惯性力推动涡轮，由涡轮带动与其同轴的叶轮压送空气进人汽缸增加进气量，进而提高发动机功率的装置。其轴承工作温度及转速极高，工作环境十分恶劣。目前，大部分涡轮增压器采用结构简单、价格低的油膜润滑轴承，但油膜润滑轴承存在启动阻尼大、对润滑系统要求较高，以及摩擦功耗较大且轴承效率较低等缺点，这些缺点易导致轴承磨损，增加能耗，进而会造成涡轮增压器失效。
滚动轴承机械效率高，启动速度快，对润滑系统要求低，承载性能好，采用滚动轴承替代滑动轴承不仅可以提高涡轮增压器的瞬态响应特性，还可以提高涡轮增压器总效率。在高速运转条件下，用密度只有钢密度40%的Si,N.陶瓷球替代钢球作滚动体，能够
，国家自热科学基金项目（51075309）万方数据
减小离心力和陀螺力矩，降低轴承的摩擦功耗和轴承发热量，从而提高轴承的机械效率。
本文主要对混合陶瓷球轴承摩擦生热原因及其影响因素进行分析，并针对涡轮增压器的总效率进行对比试验，试验表明采用混合陶瓷球轴承替代滑动轴承的涡轮增压器总效率有明显提高。
混合陶瓷球轴承热负荷计算
1.1陶瓷球轴承接触区发热量计算模型
影响陶瓷球轴承内部发热的因素主要有两方面，一是由于滚动体和滚道接触时产生的摩擦损失及滚动阻力引起的发热；二是由于滚动体在滚道接触区自旋摩擦引起的发热。
帕姆格林基于轴承摩擦力矩M的测量结果，提出了较精确的计算公式(")，即：