车用涡轮增压器转子轴向力数值计算与分析

汽车增压器滚动轴承动力学分析张占立;单瑞虎【摘要】滚动轴承应用于增压器能使其性能得到大幅提升,应用于增压器的滚动轴承必须能够适应其超高速的工作环境.为了对所开发高速双列角接触球轴承的性能进行评估,对其进行了动力学分析.根据轴承分析理论,建立汽车增压器滚动轴承的系统动力学模型,综合应用软件ADAMS和FORTRAN语言对所建立的动力学模型进行求解和仿真,分析轴承预紧量和安装中心距对轴承主要性能的影响.最终得出轴承单侧预紧量和安装中心距对轴承寿命、最大接触应力和功率损失的影响规律.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】4页(P70-73)【关键词】滚动轴承;增压器;动力学分析;仿真【作者】张占立;单瑞虎【作者单位】河南科技大学机电工程学院,河南洛阳 471003;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳 471003【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言汽车增压器对提高汽车的排放标准及减少燃料消耗有重要作用[1]。

而滚动轴承的应用，使得汽车增压器的性能得到大幅提高[2-3]。

汽车增压器转速极高，对应用于其上的滚动轴承提出了苛刻的要求[4-6]。

对于高速轴承，轴承元件动态的不稳定性是造成轴承失效的主要原因。

HarrisTA等径向轴承的内外滚道接触的滑移区，认为外滚道滑移比内滚道滑移小，接触区内存在雷诺滑移、弹性滞后、塑性变形和粘附效应。

Harris尤其在滚子歪斜对摩擦热和疲劳寿命影响方面做了详细研究。

文献[7]限元方法分析了圆锥滚子轴承保持架中的应力。

对增压器轴承的结构特点进行分析，建立了增压器滚动轴承的系统动力学模型，应用软件ADMS分析了轴承预紧量和安装中心距对轴承主要性能参数的影响。

2 轴承动力学微分方程2.1 球的动力学微分方程根据牛顿运动定律可得到球质心的平动动力学方程[8-9]：式中：mb—球质量，kg；x¨b、y¨b、z¨b—球质心加速度。

某发动机燃气涡轮模型涡轮转子轴向预紧分析作者：陈欢欢赵艳云熊望骄来源：《中国科技纵横》2020年第09期摘要：基于ANSYS/Workbench软件建立了某涡轴发动机燃气涡轮模型涡轮转子的二维有限元模型，采用有限元方法计算了该转子的松弛力，并与成熟发动机试验件转子进行了对比分析，研究两者松弛力差异较大的具体原因，对发动机试验件转子结构设计提出了合理化建议。

关键词：燃气涡轮;模型涡轮;松弛力;轴向预紧中图分类号：V231.95 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）09-0117-02现代小型涡轴、涡桨发动机中各级转子之间多采用圆弧端齿及施加预紧力的中心拉杆连接，这种连接方式具有轴系同心精度好、装拆方便等优点[1-2]。

发动机工作时，由于转子承受离心力、气动力（包含轴向力和扭矩）、热载荷以及机动载荷等，转子零部件存在轴向收缩或伸长的现象。

为了保证转子安全可靠地工作，装配时需要通过调整压紧螺母的拧紧力矩来施加适当的轴向预紧力。

预紧力过小，转子不能正常连接和运转;预紧力过大，会降低中心拉杆及其他零部件的强度储备。

因此，进行转子轴向预紧力分析非常必要。

确定转子的轴向预紧力，须先确知转子的最大松弛力（压紧力），然后结合转子轴向预紧力规定值的确定准则和方法，计算并给出满足工程要求的转子轴向预紧力（拧紧力矩）。

端齿连接转子轴向预紧力的确定准则和确定方法[3]。

一种确定端齿连接转子各接触面上松弛力和压紧力的简化计算方法[4]。

本文基于ANSYS/Workbench软件采用二维轴对称模型对某涡轴发动机燃气涡轮模型涡轮转子轴向松弛力进行了计算，并与成熟发动机试验件转子进行了对比，分析了松弛力差异较大的原因。

1 模型涡轮转子松弛力计算1.1 结构简介某涡轴发动机燃气涡轮模型涡轮转子支承方式为简支形式，左侧有一棒轴承，右侧有一球轴承，转子结构示意图见图1。

两级涡轮整体叶片盘通过花键与涡轮轴连接，并通过螺母进行轴向预紧。

发动机转子轴向力计算公式在工程学和机械设计中，发动机是一个非常重要的部件，它通过燃烧燃料来产生动力，驱动车辆或者机械设备。

在发动机的设计和运行过程中，轴向力是一个重要的参数，它影响着发动机的稳定性和工作效率。

因此，准确计算发动机转子轴向力是非常重要的。

发动机转子轴向力是指发动机转子在轴向方向上的受力情况，它是由发动机内部燃烧过程和机械运动所产生的。

在发动机设计和运行过程中，需要准确计算和控制轴向力，以确保发动机的稳定性和安全性。

为了计算发动机转子轴向力，可以使用以下公式：F = m a。

在这个公式中，F代表轴向力，m代表转子的质量，a代表转子的加速度。

通过这个公式，可以计算出发动机转子在轴向方向上的受力情况。

在实际应用中，需要考虑到转子的惯性、燃烧产生的气体压力和机械运动所产生的力等因素，以得到准确的轴向力值。

在实际工程中，计算发动机转子轴向力需要考虑到多种因素，包括转子的几何形状、材料特性、转速、燃烧压力、机械运动等。

因此，需要综合考虑这些因素，进行精确的计算和分析。

除了上述公式外，还可以使用其他方法来计算发动机转子轴向力。

例如，可以通过有限元分析来模拟发动机内部的燃烧过程和机械运动，以得到轴向力的准确数值。

此外，还可以通过实验方法来测量发动机转子的轴向力，以验证计算结果的准确性。

在实际工程中，准确计算发动机转子轴向力对于发动机的设计和性能优化非常重要。

通过准确的轴向力计算，可以优化发动机的结构设计，提高发动机的工作效率和稳定性，减少发动机的振动和噪音，延长发动机的使用寿命。

总之，发动机转子轴向力是影响发动机性能和稳定性的重要参数，准确计算和控制轴向力对于发动机的设计和运行非常重要。

通过合理的计算和分析，可以优化发动机的设计和性能，提高发动机的工作效率和稳定性，为工程实践提供重要的参考依据。

收稿日期：２０２３－０４－０９基金项目：民机专项科研项目引用格式：张龙，赵天驰，周笑阳．航空发动机高压涡轮转子轴向位移径向测量技术研究［Ｊ］．测控技术，２０２４，４３（２）：８０－８４．ＺＨＡＮＧＬ，ＺＨＡＯＴＣ，ＺＨＯＵＸＹ．ＲａｄｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＡｘｉａｌＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＴｕｒｂｉｎｅＲｏｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２４，４３（２）：８０－８４．航空发动机高压涡轮转子轴向位移径向测量技术研究张　龙，赵天驰，周笑阳（中国航发沈阳发动机研究所，辽宁沈阳　１１００１５）摘要：为解决航空发动机高压涡轮转子轴向位移测量难题，提出了一种轴向位移径向测量的方法。

通过该方法，建立了轴向位移与径向测量参数的关系模型；研制了轴向位移专用校准装置并设计了轴向位移校准方法；构建了一套耐高温轴向位移径向测量系统，该系统采用耐高温测量探头，满足航空发动机整机测试环境和结构特点的测量要求；完成了测量系统整机试验验证，在地面试验过程中进行高压涡轮转子轴向位移测量，得到轴向位移随发动机转速的变化规律。

关键词：航空发动机；高压涡轮转子；轴向位移；径向测量；试验中图分类号：Ｖ２３１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２４）０２－００８０－０５ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２３．０９．２５４ＲａｄｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＡｘｉａｌＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＴｕｒｂｉｎｅＲｏｔｏｒｓＺＨＡＮＧＬｏｎｇ 牞ＺＨＡＯＴｉａｎｃｈｉ牞ＺＨＯＵＸｉａｏｙａｎｇ牗ＡＥＣＣＳｈｅｎｙａｎｇＥｎｇｉｎｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ牞Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１５牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒ牞ａｒａｄｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ牞ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｍｏｄｅｌｂｅｔｗｅｅｎａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｒａｄｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｓｐｅｃｉａｌｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｄｅ ｖｉｃｅｆｏｒａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｄａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｓｅｔｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｄｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ牞ｗｈｉｃｈｕｓｅｓｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｏｂｅｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｅｓｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ ｔｉｃｓｏｆｔｈｅａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ．Ａｇｒｏｕｎｄｔｅｓｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔ牞ｔｈｅａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒｉｓｍｅａｓｕｒｅｄ牞ａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅ ｍｅｎｔｗｉｔｈａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ牷ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒ牷ａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ牷ｒａｄｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ牷ｔｅｓｔ作为飞机的心脏，航空发动机被称为工业皇冠上的明珠，其工作条件极为苛刻［１－２］。

涡轮增压技术103这篇文章涉及较多的涡轮技术，包括描述压缩机的部分特性曲线图、计算发动机的增压比和空气质量流量，怎样在特性曲线图上绘制点来帮助你选择合适的涡轮增压器。

把你的计算器放在手边吧。

一压缩机部分特性曲线图[1]压缩机特性曲线图是详细描述压缩机压缩效率、空气质量流量范围、增压性能和涡轮转速等性能特性的一种图表。

下面展示的是一幅典型的压气机特性曲线图：[2]增压比增压比（）被定义为出口处绝对压力除以进口处绝对压力注：=增压比、P2c=压气机出口绝对压力、P1c=压气机入口绝对压力[3]在压气机入口和出口处使用绝对压力为计量单位非常有必要，一定要记住绝对压力的基础是14.7磅/平方英寸（在这个单位下“a”代表绝对压力）这被称为标准大气压力和标准情况。

[4]表压即计示压力（在计量单位为磅/平方英寸下“g”代表表压力）测量的是超过大气压力的大小，所以表压力在大气压力下应该显示为“0”。

增压表测量的岐管压力是相对于大气压力的，这就是表压力。

这对于决定压缩机出口处的压力是非常重要的。

比如说增压表上读出的12磅/平方英寸意味着进气歧管的压力高于标准大气压力12磅/平方英寸。

即：歧管压力26.7磅/平方英寸=12磅/平方英寸（表压力）+14.7磅/平方英寸（标准大气压力）[5]这个条件下的增压比就能计算了：（26.7磅/平方英寸[绝对压力]）/14.7磅/平方英寸（标准大气压力）=1.82[6]然而这是在假定压气机入口处没有空气滤清器影响的情况下[7]在决定增压比的时候，压气机入口处的绝对压力时常比环境压力小，特别是在高负荷时。

为什么会这样呢？因为任何对空气的阻碍（这其中就包括空滤器管道的限制）都会对进气造成压力损耗，在决定增压比时，压气机上游的损耗都需要被计算。

这种压力损耗在某些进气系统上可能达到或超过1磅/平方英寸的表显压力。

在这种情况下压气机入口处压力应该如下取值：压气机入口绝对压力=14.7psia – 1psig = 13.7psia[8]带入最新的入口处压力进行增压比计算应该是下面这样(12 psig + 14.7 psia) / 13.7 psia = 1.95.[9]以上计算方法很好，但是如果你不是在标准大气压下呢？在这种情况下，在计算工式中简单地用真实的大气压力替代标准大气压力14.7psi能够使计算更精确。

实测结果不一致的情况，需要探索更加合理的方法构建模型以及更多的台架试验数据来修正仿真模型，以提高模型仿真精度和有效性。

4总结AMESim 在高压共轨喷油器仿真领域显现出了较为明显的优势，其简单的操作性能以及快速的建模能力以及强大的分析性能已被越来越多的业内人认可。

应用AMESim 对喷油系统各部分进行仿真研究，不仅为喷油系统的性能优化提供技术指导，同时可节省大量台架试验经费，缩短研究开发周期。

参考文献[1]马修真，田丙奇，范立云，宋恩哲，刘洋.电控喷油器参数对高压共轨系统循环喷油量波动影响的量化分析[J].汽车工程，2015,1（37）：55-61.[2]田丙奇.柴油机高压共轨喷油系统动态特性研究[D].哈尔滨工程大学，2014.[3]陈婷.柴油机高压共轨电磁阀特性仿真及驱动电路研究[D].北京交通大学，2009.[4]程傲，孟利清，白海.基于AMESim 的高压共轨喷油器仿真分析[J].汽车实用技术，2016（01）：21-23.[5]孙世磊，牛志刚.基于AMESim 的电控喷油器的结构仿真与分析[J].机床与液压.2013，41（17）：163-168.[6]王占永.基于AMESim 的柴油机高压共轨燃油喷射系统的仿真研究[D].长安大学，2017.[7]蔡珍辉，杨海青，杭勇，卫忠星，潘德强.基于AMESim 的高压共轨喷油器的建模及分析[J].柴油机设计及制造，2008，1（15）：4-9.[8]文勇，张振东.基于AMESim 的柴油机喷油器的仿真研究[J].汽车科技，2010，6：38-41.[9]王凌.高压共轨电磁式喷油器喷油特性及结构优化研究[D].北京交通大学，2016.[10]许文燕，吴小军，王家雄，徐春龙.高压共轨喷油器主要结构参数仿真分析[J].内燃机，2011，2：11-14.[11]林铁坚，汪洋，苏万华，等.高压共轨喷油器设计参数对性能影响的研究[J].内燃机学报，2001，4（19）：289-294.0引言我国机械制造行业连续几年都呈高速发展状态，也带动了其他行业的发展，涡轮增压器被广泛应用于军事、工业等行业中，主要起到节能减排的作用，增压器中的叶片能在高速旋转时使叶片两端形成气压差，沿轴线方向的力便由此产生，人们称之为轴向力，轴向力对增压器的使用寿命及稳定性等都造成一定的影响，对涡轮增压器涡轮轴向气动力进行研究分析，提高轴向力计算的准确性和合理性，可以促进涡轮增压器的工作效率和稳定性，提高了增压器的使用期限，在一定程度上减少了工作成本。

涡轮增压器转子涡轮级气动轴向力数值计算何嘉伟;王强;李书奇;张继忠【摘要】应用计算流体动力学软件CFX,以某柴油发动机的涡轮增压器涡轮级为研究对象,对其进行了轴向力传统理论计算与数值模拟计算.计算出不同发动机折合转速下涡轮端轴向力的大小,并与传统计算方法进行对比,通过对窄缝间隙的流场分析,找出两者之间差异的原因.研究结果表明,随着增压器转子转速增加,涡轮端轴向力合力越来越大,且两种计算方法结果差异随之减小,由最大值146.314N减至125.4N,减小了14.3％;研究密封环间隙、叶顶间隙对轴向力的影响,发现叶顶间隙对轴向力影响比密封环间隙小0.155～2.955N,并且发现在整个计算的过程中,传统计算给予的假设近乎理想状态,并非实际情况.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】5页(P196-199,203)【关键词】涡轮增压器;涡轮系统;转子轴向力;窄缝间隙;数值模拟【作者】何嘉伟;王强;李书奇;张继忠【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原 030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原 030051;中国北方发动机研究所,天津 300400;中国北方发动机研究所,天津 300400【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言涡轮增压器是发动机的重要组成部分，发动机在实际工作的过程中，止推轴承结构是承担增压器压气机级与涡轮级气体压力作用的关键部件，该作用力的合力即为转子轴向力。

由于车用涡轮增压器通常在变工况条件下工作，叶轮两侧的压力变化频繁，造成止推轴承承载载荷随之频繁变化，特别是在排气脉冲条件下更加复杂[1]，因此，增压器轴向气动作用力计算分析是止推轴承设计的必要环节，它的合理性、准确性，关系着涡轮增压器的使用寿命和工作效率。

对于轴向力的计算，人们通常在某一确定工况下进行，由于轴向力的计算多样化[2－3]，结果也千差万别[4]。

文献[5]运用 NUMECA 中计算软件FINE/TURBO分别对涡轮增压器的压气机端、涡轮端进行了流场分析，并对轮背间隙处流场进行了计算，将压气机和涡轮叶轮的表面及背面压力分布进行积分，最终得到轴向力；文献[6]对不同工况下的计算，得到增压器转子轴向力随转速变化的一般规律，并利用数值模拟计算结果，对涡轮增压器止推轴承设计进行了校核。

某型涡轮转子发动机强度和转子动力学分析的开题报告一、研究背景涡轮转子发动机是现代航空发动机的重要组成部分，其性能直接关系到飞机的安全、可靠和经济性。

涡轮转子发动机的强度和转子动力学分析是对其设计和优化的重要研究方向。

因此，对涡轮转子发动机强度和转子动力学的分析和研究具有很高的实际应用价值和科学意义。

二、研究目的本研究旨在通过理论分析和数值模拟的方法，对某型涡轮转子发动机的强度和转子动力学进行分析，为其设计和优化提供理论基础和实际指导。

三、研究内容1. 涡轮转子发动机的叶片和转子的强度分析和优化设计；2. 涡轮转子发动机的旋转动力学分析和振动抑制研究；3. 利用有限元仿真等数值方法对涡轮转子发动机进行动态特性分析和优化。

四、研究方法本研究主要采用理论分析和数值模拟相结合的方法，具体包括：1. 理论计算：分析涡轮转子发动机的叶片和转子的强度、刚度、动力学参数等；2. 有限元分析：建立涡轮转子发动机的有限元模型，进行强度、刚度、动力学仿真计算；3. 振动测试：采用振动测试手段获取涡轮转子发动机的动态响应特征，分析其振动特性和谐响应等参数；4. 仿真计算：通过数值模拟方法，在计算机上对涡轮转子发动机的动态响应特性进行计算和优化。

五、研究意义涡轮转子发动机的强度和转子动力学分析是对其设计和优化的重要研究方向。

通过本研究，将可以：1. 对涡轮转子发动机的叶片和转子的强度进行分析和优化设计，提高其叶片和转子的抗拉强度和抗冲击能力。

2. 对涡轮转子发动机的旋转动力学进行分析，掌握其振动和谐响应的规律，为抑制涡轮转子发动机的振动提供依据。

3. 利用有限元仿真等数值方法对涡轮转子发动机进行动态特性分析和优化，为其设计和优化提供理论基础和实际指导。

六、研究计划本研究计划分为以下几个阶段：1.文献调研、理论分析（1个月）：通过阅读相关学术论文，对涡轮转子发动机的强度和转子动力学进行理论分析，并确定研究方案和实验设计。

2.有限元分析和振动测试（2个月）：建立涡轮转子发动机的有限元模型，进行力学分析和振动测试，并获取相关数据和图表。

涡轮增压器轴向力稳态数值模拟及优化李庆斌;胡辽平;杨迪;曹刚;闫海东【摘要】Turbine and compressor flow field grid models of a turbocharger were established by using Numeca numerical software. At different engine speeds, the axial forces of turbine and compressor in the steady state were computed. It indicates that the axial force that pointed to the compressor from the turbine was larger and that the opposite force was smaller. Besides, the flow field of compressor was analyzed, which was found that the static pressure distribution at the back of impeller correlated with the axial force closely. Further, the influence of tip clearance of blade on axial force was researched, which was found that not only the increasing axial clearance had more positive effect than that of radial clearance to decrease the axial force, but also the efficiency loss was larger. Finally,the turbine efficiency was not reduced when the cross section of volute was modified and the axial force at high speed of engine decreased by 8 N.%采用Numeca数值分析软件建立了某增压器涡轮机及压气机端流场网格模型,并计算出发动机不同转速下涡轮增压器的涡轮端及压气机端的稳态轴向力分布,分析得出由涡轮端指向压气机端方向的轴向力值较大,而由压气机端指向涡轮端方向的轴向力值较小.对压气机叶轮流场进行了分析,发现压气机叶轮背部间隙内的静压分布与轴向力大小紧密相关；研究了叶轮叶顶间隙对轴向力的影响,发现叶轮轴向间隙对轴向力的影响比径向间隙大,但效率损失亦较大.在保证涡轮机效率不降低的原则下,时涡轮箱流道截面进行了改进,轴向力在发动机高转速下降低约8N.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】5页(P10-14)【关键词】涡轮增压器;轴向力;流场;数值模拟;优化【作者】李庆斌;胡辽平;杨迪;曹刚;闫海东【作者单位】湖南天雁机械有限责任公司,湖南衡阳 421005;湖南天雁机械有限责任公司,湖南衡阳 421005;湖南天雁机械有限责任公司,湖南衡阳 421005;湖南天雁机械有限责任公司,湖南衡阳 421005;湖南天雁机械有限责任公司,湖南衡阳421005【正文语种】中文【中图分类】TK421.8止推轴承设计是涡轮增压器结构设计的重要组成部分，在止推轴承设计前要计算转子的轴向力，它是压气机叶轮和涡轮叶轮两侧气体压力的代数和［1］。

车用涡轮增压器滚动轴承设计及性能分析车用涡轮增压器滚动轴承设计及性能分析一、引言涡轮增压器作为一种有效提高内燃机动力输出的装置，在汽车领域得到了广泛应用。

在涡轮增压器中，滚动轴承作为关键组成部分，承受着高速旋转的涡轮叶轮的轴向和径向载荷，对涡轮增压器的性能起着重要作用。

因此，设计优化滚动轴承对提高涡轮增压器性能至关重要。

二、滚动轴承设计1. 轴承选型根据涡轮增压器工作条件及载荷特点，选择适宜的滚动轴承类型。

常见的有球轴承、圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承。

2. 轴承材料选择滚动轴承在高速旋转、高温和高载荷的工况下工作，因此材料选择至关重要。

常见的轴承材料有高铬钢、高碳铬钢、高温合金等，根据具体应用场景选择合适的材料。

3. 轴承结构设计设计合适的轴承结构是确保滚动轴承正常工作的关键。

包括内外圈几何形状、滚动体数量和大小、保持架结构等。

三、滚动轴承性能分析1. 轴向载荷承载能力轴向载荷是滚动轴承承受的重要载荷之一，对涡轮增压器的性能和寿命有重要影响。

通过仿真分析和实验测试，评估滚动轴承的轴向载荷承载能力。

2. 径向载荷承载能力径向载荷是滚动轴承承受的另一个重要载荷。

通过分析受力情况和应力分布，评估滚动轴承的径向载荷承载能力。

3. 高速旋转下的热特性在高速旋转下，涡轮增压器会产生大量摩擦和热量。

通过热仿真和实验测试，研究滚动轴承在高速旋转下的热特性，如温升情况、热应力分布等。

4. 抗疲劳寿命滚动轴承在长期工作中容易受到疲劳破坏。

通过载荷循环试验和寿命预测分析，评估滚动轴承的抗疲劳寿命。

四、结论滚动轴承是车用涡轮增压器的关键部件之一，对其设计和性能分析具有重要意义。

通过合理的轴承选型、材料选择和结构设计，可以提高涡轮增压器的性能和寿命。

需要进一步加强对滚动轴承的现场测试、实验数据采集和仿真分析，不断优化其设计并提高其性能综上所述，滚动轴承在车用涡轮增压器中具有关键作用。

通过对轴承的设计和性能分析，可以提高涡轮增压器的性能和寿命。

涡扇发动机转子轴向力预估计算与分析龙杰【摘要】提出发动机地面设计状态的轴向力预估方法,并基于设计点轴向力预估高空状态的轴向力,通过几型发动机验证,得到预估结果基本合理.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】2页(P70-71)【关键词】转子轴向力;设计状态;压力平衡【作者】龙杰【作者单位】中国航发贵阳发动机设计研究所,贵阳 550081【正文语种】中文1 研究背景在现代航空发动机中，特别是大、中等推力航空发动机中，作用于风扇、压气机和高低压涡轮转子上的轴向力都很大，如果四个转子都单独通过止推轴承来承受轴向力，每个转子不但需要多个轴承才能承担，而且结构难实现、重量增加、轴承寿命减小，对发动机承力件强度也更苛刻，这些都是航空发动机设计中所不能接受的。

2 基本方法和假设条件2.1 计算原理作用在转子上的气动轴向力，有流道轴向力和腔室轴向力两部分。

流道轴向力由气流静压轴向力和气流轴向速度产生的轴向力两部分构成，腔室轴向力由空气系统气流静压或滑油腔各腔静压产生的轴向力构成。

约定轴向力方向以顺航向向前为正。

气流静压轴向力及腔室轴向力计算公式如式（1）所示。

式中，ΔS为机匣壁面、腔室轴向作用面积；P为机匣壁面静压、腔室静压。

气流轴向速度对叶片作用产生的轴向力简化计算公式如式（2）所示。

式中，qa为进口流量；Δv为流道进出口速度差。

转子总轴向力如式（3）所示2.2 计算条件为满足发动机承力系统强度分析的边界条件，转子轴向力计算应至少选取表1中3个工况点的发动机状态点进行计算。

表1 气动验算点工况代号高度/km 马赫数验算点/发动机状态1 0 0 设计点，地面台架最大状态2 0 Ma1 最大气动负荷，最大状态3 H1 Ma2 最小气动负荷，最大状态3 轴向力预估分析3.1 设计点轴向力预估根据多型发动机轴向力计算结果，影响发动机低压转子轴向力最大的是风扇卸荷腔或轴承封严腔，影响发动机高压转子轴向力最大的是压气机卸荷腔，通过对比，多型涡扇发动机设计点低压转子轴向力与风扇卸荷腔或轴承封严腔成正比，设计点高压转子轴向力与压气机卸荷腔压力成正比，新设计发动机轴向力数量级如式（4）所示。

doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.05.008 收稿日期：2023-06-14某轻型柴油机涡轮增压器断轴失效分析及对策金明，王芳，邓基峰，余国强，周波（东风汽车股份有限公司 商研总部动力总成开发中心，武汉 430057）摘 要：本文列举某轻型柴油机开发过程中出现的涡轮增压器断轴失效案例，阐述了涡轮增压器由于压端止推轴承异常磨损导致的断轴故障的失效原因排查及对策过程。

本文以止推轴承受力最苛刻的工况进行了增压器推力轴承系统的受力分析、设计及校核，析出了优化方案；并结合客户实际使用工况设计了考核试验方案。

试验结果证明本对策有效，为后期增压器设计及保护策略的标定提供了理论依据。

关键词：涡轮增压器；涡前压力；增压压力；止推轴承；保护策略中图分类号：U472 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2023）05-0045-08Failure Analysis and Countermeasures of a Light Diesel EngineTurbocharger with Shaft BrokenJIN Ming, WANG Fang, DENG Ji-feng, YU Guo-qiang, ZHOU Bo( DONGFENG ANTOMOBILE CO., LTD. Product R&D Headquarters,Wuhan 430057, China)Abstract: In this paper, the case of turbocharger shaft fracture failure has beenenumerated in the development of a light diesel engine, and described the troubleshooting Array and countermeasures of shaft fracture failure caused by abnormal wear of thrust bearing atthe pressure end of turbocharger. This paper analyzes, designs, and verifies the force of theturbocharger thrust bearing system under the most severe working condition of the thrustshaft, and proposes an optimization plan; And an assessment test plan was designed basedon the actual usage conditions of the customer. The experimental results have proven theeffectiveness of this strategy, providing a theoretical basis for the later turbocharger designand protection strategy calibration.Key Words: Turbocharger; Pressure Before Turbine; Boost Pressure; Thrust Bearing;Protection Strategy目前，涡轮增压器在轻型柴油机上的应用已经十分普遍，近年来随着发动机升功率的提高，涡轮增压器使用边界条件也不断在发生变化，其中就包括决定其轴承系统轴向载荷的涡端前后压力及压端出口压力。