第9期 2016年9月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)09000904
DOI;10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.003
涡轮增压转子初平衡测试用空气轴承的
静态性能数值计算与实验研究
刘桂强，张加庆，谢轩，江世超，曾胜
（浙江大学化工机械研究所浙大－集智研发中心，杭州310027）
No.9 Sep.2016
摘要：涡轮增压可提高汽油机20%~30%的燃油效率，固而成为目前汽车工业发展的趋势。涡轮增压转子平衡精度要求很高，宜用用无接触的空气轴承进行初平衡测试。论文探讨了测试用的空气轴承的结构，基于Fluent软件，对轴承的空气流，进行了三维建模、网格划分、边界确定和数值计算，考察了空气轴承气膜压力场随参数的变化，分析得出了轴承承载力随参数的变化规律，制作了实验样机进行了实验验证。研究表明，设计的空气轴承可有效地支撑涡轮增压转子升速达到 3200revs/min，以进行后续的平衡测试。
关键词：空气轴承；平衡测试；气膜；承载力；数值计算
中图分类号：TH133.3;TG68
文献标识码：A
Numerical Calculation and Experimental Study of Static Characteristics of Air Bearing
for Coarse Balancing Test of Turbo Rotor
LIU Gui-qiang, ZHANG Jia-qing,XIE Xuan,JIANG Shi-chao,ZENG Sheng
(Zheda-Jizhi Research Centre, Institute of Chemical Machinery, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Chi-na)
Abstract: If equipped with turbo, the combustion efficiency of gasoline engine may be improved by 20% 30%. Thus the turbo is becoming the development trend of the automobile industry. There is a high balancing level for the turbo rotor and it is appropriate to use the contactless air bearing to perform its coarse balancing test. In this work, firstly, the suitable structure of the air bearing is discussed. Then, based on the Fluent soft ware,the three-dimensional modeling，meshing，boundary definition and numerical calculation are per-formed, the changes of the pressure distribution of the air film with the parameters are analyzed, and the support forces of the air bearing under different conditions are summarized.Lastly, the experimental setup is built up for the test. The study indicates that the designed air bearing can work effectively to support the tur-bo rotor to speed up to 3200 revs/min, which is the required highest speed for the coarse balancing test. Key words: air bearing; balancing test; air film; bearing capacity; numerical calculation
引言 0
涡轮增压器可利用发动机排出的尾气来压缩新进空气，增加新鲜空气进气量，使燃料燃烧更加充分，进而提高汽车动力。一般涡轮增压器可提高20% 30%的燃油效率，使其成为汽车工业发展的趋势。浸轮增压转子是涡轮增压器的重要功能部件，其工作转速高达每分钟二三十万转，所以要求较高的平衡精度。生产中，这一平衡精度是通过低速初平衡和全速精平衡两道工序来保证的。初平衡也有很高的平衡精度要求，普通接触型平衡测试装置由于接触干扰难于满足要求，因面可选用无接触的空气轴承作为平衡测试的支撑。根据承载力产生的原理，空气轴承分为静压和动压两大类。静压空气轴承需要外界提供压缩空气，经节流孔进人相对旋转部件之间的间隙，形成具有一
定压力的气膜，产生润滑和支撑力。动压空气轴承不需要外部压缩空气，由旋转部件相对旋转产生气膜"]。根据空气轴承特点，可采用静压空气轴承作为涡轮增压转子的初平衡测试支撑。
国内外对静压空气轴承做了大量研究工作，吴定柱和黄濒等23]研究了几何参数和供气压力对空气轴承静态性能的影响,Stout等[4]给出了空气轴承的设计方法和步骤，郭良斌等(5-)研究不同几何参数对轴承性能的影响，给出了轴承主要几何参数的取值范围。前人研究工作主要是探究不同结构参数下轴承的静态性能，对空气轴承进行优化设计。研究中求解空气压力场时，由于轴承间隙中的空气流动是一种极其复杂的三维流动，解析法分析较困难，故采用工程简化算法及运用基于有限体积法的Fluent软件对轴承气膜的压力分布进行仿真计算。Fluent是-→个用于模拟和分析复
收稿日期：2015=09=17
作者简介：刘桂强(1987一），男，山东潍坊人，浙江大学化工机械研究所硕士研究生，研究方向为转子动平衡，(E-mail)21328105@zju.edu.cn；通
讯作者：曾胜（1970一）男，江西全南人，渐江大学化工机械研究所研究员，博士，研究方向为全自动平衡修正技术，（E-mail)shengzeng@ zju. edu. cn。
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