【《涡轮增压器滚动轴承的选用及设计研究》11000字（论文）】

涡轮增压器滚动轴承的选用及设计研究论文摘要本文从汽车涡轮增压器的结构、工作条件出发，对其进行了选型和结构设计。根据轴承工作条件及材质的匹配情况，选用轴承衬套及滚动件。在此基础上，对车架的结构进行了设计，并依据工作条件，确定了导轨形式，并结合各个部件的热变形情况，确定了导轨间隙。通过分析单侧预紧量和内外圈沟曲率半径对轴承最大接触应力、寿命、功率损耗的影响规律，并依据影响规律进行了优化。通过对热膨胀条件下轴承的最大接触应力及刚度进行了分析，并对其产生的机理进行了分析。在自行研制的超高速轴承试验台上进行了测试。关键词:滚动轴承；涡轮增压器；结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u2305033861.引言 .引言随着涡轮增压技术的广泛应用，对发动机增压技术的要求越来越高，需要在高温、高速度、苛刻的工作环境中保持高效率、以及足够长的使用寿命。汽车涡轮增压器由蜗壳、涡轮轴、涡轮、叶轮和轴承组成，轴承是涡轮增压的核心部件，在涡轮增压器的效率、可靠性和使用寿命方面发挥着重要作用。当前，浮环轴承是一种新型的动压滑动轴承。动压滑动轴承具有结构紧凑、成本低廉、可靠性高、不需要径向间隙等特点，为涡轮增压器的轻质设计提供了依据[1]。工作状态下，油膜形成良好，能有效地分离旋转部件和不旋转部件，因此使用寿命长。所以，现有的涡轮增压器大多是动压式滑动轴承。然而，滑动轴承存在着很大的径向间隙、转子的运动控制精度、润滑油压力、质量等方面的缺陷，以及在高速运转时产生的摩擦力矩，以及油膜的旋动会引起噪声和振动。与之比较，滚动轴承具有明显的优势：转动时的摩擦扭矩较低，可有效地减少涡轮的响应时间，提高机械效率，有效地减少了引擎的燃油消耗；通过预紧，可以合理地控制游隙，从而改善转子系统的旋转精度，从而达到对涡轴的精确控制[2]。它的不足之处是：使用寿命没有浮环轴承长，而且后期维护和维护成本较高。但由于其精度高、耐高温、振动小等特点，在高温的工作条件下，具有高可靠性、低噪声、高轴向载荷等特点，对提高涡轮增压器的效能和性能起着重要的作用，因此，滚动轴承是一种很有应用价值和发展前景的新产品。针对发动机增压器的结构和工作条件，进行了结构和主要参数的优化，研制了具有较小摩擦扭矩、高可靠性的汽车增压器滚动轴承。并对其进行了测试和分析，评价了其主要的性能。本课题的研究对改善国内汽车涡轮增压器的技术和性能具有重要意义。同时，这种轴承的设计与分析对于我国同类产品的设计与分析具有一定的参考价值。2.滚动轴承的结构分析2.1滚动轴承的结构滚动轴承主要包括外圈、内圈、滚动体、保持架和润滑剂五个部件。外环安装在轴承座孔中，通常不会旋转[3]。内环安装在轴颈上，并与轴一起旋转。滚动轴承的关键部件是滚动轴承。保持架把滚筒均匀地分开，以防止摩擦。润滑是滚动轴承中的第五大部件，主要起润滑、冷却和清洁的作用。2.1.1滚动轴承的特性滚动轴承具有三大特点：专业化、先进性、自动化。滚动轴承的专门化表现在轴承部件的加工上，大量使用了特殊的轴承。例如，使用磨球机、研磨机等设备进行加工。专业生产的特征也反映在轴承部件的生产中，例如钢球公司、微型轴承制造公司等。滚动轴承的先进性是因为它的大规模生产需要，它可以采用先进的机床、模具和加工技术。如数控机床，三爪浮动卡盘，保护性气体热处理等.滚动轴承的自动化表现在其生产中的专业化，为其生产的自动化创造了条件。在大量使用自动化、半自动化专用和非专用设备的情况下，并逐步推广了生产自动线。例如，热处理、组装自动线等。2.1.2滚动轴承的基本特点滚动轴承的优点是节约能源。由于滚动轴承本身的运动特性，它的摩擦力比滑动轴承要小得多，可以降低损耗在摩擦力上的功率损耗，从而达到了节能的目的。从理论和生产实践来看，普通的小型球磨机使用滚动轴承可以节约百分之三十到百分之三十五左右的电能，中等大小的球磨机可以节约百分之十五到百分之二十左右的电能，而大型的球磨机可以节约百分之十到百分之二十左右的电能。因为在生产过程中，球磨机自身消耗巨大，因此可以节省大量的成本[4]。滚动轴承的优点是维护容易，质量稳定。由于使用了滚动轴承，巴氏合金的熔炼、浇铸、刮擦等维护工艺复杂、技术含量极高的工序以及供油、供水、冷却系统等，使维护工作量大为降低。另外，滚动轴承是专业的生产厂商，其产品的品质也是有保障的。同时也为使用球磨机的厂家提供了便利。另外，滚动轴承还有其它的优势。滚动轴承具有低的摩擦力、低功耗、高机械效率、易于启动等优点；规格规格，可互换，易于安装和拆卸，易于维护；结构紧凑、质量轻、轴向尺寸减小；高精度、高负荷、低损耗、长寿命；部分轴承可实现自动调心；适合大规模生产，产品品质稳定、可靠、高效；由于其传动的摩擦扭矩远低于液动压力的轴承件，因而其摩擦温度和功率消耗都很小；启动摩擦扭矩只比旋转摩擦扭矩稍大；与液体动力轴承相比，轴承的变形对负载的影响较小；只要有少量的润滑剂就可以工作，运转时可以长期保持润滑；轴向尺寸比常规的液动轴承小；能够同时承担辐射和推力的双重负荷；在较大的负载-转速范围内，采用特殊的结构，可取得优异的性能；轴承性能对载荷、转速和运行速度变化的影响较小。然而，滚动轴承也存在着噪声大等缺陷；轴承座结构复杂，造价昂贵；即使轴承经过适当的润滑、安装、密封工作，但由于滚动接触表面的疲劳，最终还是会发生故障。2.2滚动轴承的地位与作用滚动轴承是一种重要的机械基础零件，在国民经济、国防等方面有着广泛的应用[5]。滚动轴承的发明由来已久。根据中国山西省永济县出土的文物，青铜滚动轴承在公元前221~207年（秦朝）就已经出现；根据意大利尼米湖出土的文物，青铜滚动轴承在公元前1241年就已经出现。1883年，德国制造出了世界上最先进的球形磨球机，从而开启了钢球的工业化生产。随着自行车、汽车等二次工业革命的兴起，滚动轴承逐渐发展为一种专业化的工业，在当今的工业中扮演着举足轻重的角色[6]。滚动轴承的作用有：（1）在国家经济领域，滚动轴承被誉为“工业的关节”。轴承行业是我国机械行业的支柱行业，它的发展程度直接影响着整个国家的机械制造业及相关行业的发展。在日本，轴承是“工业的粮食”，它被誉为“核心产业”和“提高国民生活水平的基础产业”，是14个“特殊的机械产业”之一，日本的“特殊产业”。中国目前已将滚动轴承列入十一个重点行业，其中三十三个已列入重点扶持行业。在全国新认定的五百二十家重点企业中，轴承工业共六家[7]。《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录中》将汽车轴承、铁路车辆、精密轴承、高速轴承等产品纳入了其中。（2）在国防方面，滚动轴承是必要的军事装备。没有了轴承，导弹无法升空，飞机无法起飞，军舰无法出海，坦克无法发射，轴承是很多军用设备的关键部件。在战时，被敌人列为主要的攻击对象之一；在冷战期间，轴承专用设备是西方对社会主义国家进行经济封锁的一部分。到目前为止，很多轴承产品和技术仍然被一些军事强国列为“技术封锁”[8]。（3）就技术条件而言，轴承钢是所有合金钢中技术含量最高、最严格的一种。国际上普遍认为，轴承钢的熔炼程度是衡量一国冶金技术水平的重要指标。在中国，许多特种钢如不锈钢，高速钢，齿轮钢，阀门钢，弹簧钢等，目前为止，轴承钢是为数不多的几种需要批准生产许可证的钢材。在工程陶瓷和工程塑料等新材料中，滚动轴承是一个重要的应用领域。滚动轴承行业是最早开展标准化活动和应用可靠技术的行业。从1949年开始，滚动轴承的疲劳寿命和可靠度的经典理论被确立，1963年，它被列入ISO281:1963的国际标准中。2.3滚动轴承的负荷与寿命滚动轴承的使用寿命参差不齐，同一批产品在同一工况下，其使用寿命可能会有几十倍。在相同的轴承中，百分之九十的轴承在疲劳脱落之前可以达到或超过全部的转动（或工作小时），就叫做额定使用寿命。在一百万转的额定使用寿命下，可以承受的负载是额定的动态负载。当滚动体受力最大时，滚动体与滚道的接触面的塑性变形总和为万分之一时，其承载力为额定静载荷。载荷越大，承载力就越大。向心轴承的额定负载为纯粹的径向负载，而推力轴承为纯粹的轴向负载。轴承的实际载荷往往与其额定载荷有很大差异，必须转换为等值载荷。3.高温环境对轴承性能的影响3.1高温环境对外圈的影响涡轮增压机的滚动轴承是安装在增压机座孔中的，外环的外侧表面是完全固定的。通过给出各区域的温度变化，可以得到各区域内的热应力分布状况及热变形状况。在有限的计算资源下，对球面上的网格进行局部细化，以获得最准确的计算结果。由于滚道呈环状，在圆周方向上的几何形状不变，所以在圆周方向上的应力和变形不会改变。但是，在轴向上，滚道的弯曲半径虽然没有改变，但是其壁面厚度却有很大的改变，这就导致了轧制过程中的应力、形变。为了更直观地观测到套管的径向和轴向变形，以套圈的端面中心为中心，以套管轴为z轴，在柱座标系统中给出全部的边界条件[9]。图3-1、3-2示出了轴承外环的热应力场和热形变云图。图3-3和3-4是外环在径向和轴向方向上的位移云图。图3-1等效应力云图从应力云图上可以清楚地看到，在滚道和定位销的位置，存在着较大的应力集中。图3-2位移云图图3-3径向位移云图图3-4车由向位移云图为判断外环滚道的变形，采用外滚道和x一平面相交的节点，在外滚道的剖面剖面上建立了一个节点集合，见图3-5。图3-5结点集位置在可视化模块中，建立了结点集的一组显示，并通过查询函数将节点的初始位置坐标和变形后的位置坐标值输入到数据文件中。3.2高温环境对内圈和涡轮轴的影响这种滚动轴承的内环是由汽轮机轴和滚珠组成的。在这个阶段，首先对由轴承内圈和涡轮轴组成的总成进行热变形进行了分析。这种滚动轴承的构造是左右对称的，在扩张期间，两个内环之间的接触端表面（小端表面）在轴向上的绝对位移是0，而在径向上的位移随着温度的增加而增加。两个内环通过轴肩和圆螺母轴向挤压，并在涡轮轴上与其啮合的部分表面上形成结合约束。通过对汽轮机轴与内圈的接触分析，确定了两个内圈的外端面与轴肩的环状端面及圆螺帽端面的接触。在此基础上，以内环的大端面为中心，以内环的轴为z轴，建立了一个圆柱形的坐标系统。在圆筒形座标中，只有小端面在径向上有自由移动的限制。对球面上的网格进行了局部的细化。在热膨胀过程中，它的热应力云显示在图3-6中。图3-4内圈组件应力云图在图3-7和3-8中示出了内环装置热膨胀的位移云图。图3-7内圈组件位移云图图3-8内圈组件轴向位移云图3.3高温环境对球的影响球是一种具有规则形状的球体，它可以通过固体的热膨胀方程来直接得到它的变形。固体的热膨胀方程是：式中，-固体因温度变化产生的变形量，-温度变化量，-变形固体原始尺寸，-固体线膨胀系数。对于球体而言，式中R-球体变形后的半径，一球体变形前的半径。从球半径、温度、线胀系数等方面，可以看出球在热状态下的自由膨胀半径为6.35147mm。4.涡轮增压器滚动轴承的结构和主参数设计4.1轴承材料4.1.1套圈材料对套管材质的要求是：高强度、耐高温、耐冲击。高温高速轴承的主要材质有：（1）高速钢型轴承钢由于其良好的红硬性和良好的抗疲劳性能，世界上许多国家都将其用作高速高温轴承。目前，可用于高速高温轴承的主要有两种类型：铝基和钨基。例如：国产Cr4Mo4V、美国M1、M2、M50等汽车系统；国内的W9Cr4V、W18Cr4V、P18、P9、英国T1等，都是钨系的[10]。（2）高温不锈轴承钢许多高温不锈钢都是在常温下加入或减少某些合金元素而形成的，例如，14-4高温不锈钢中的铝含量和降低了铬的含量。经此工艺后，其高温硬度及耐磨性能得到提高，在480℃下仍保持了不锈钢的耐腐蚀性。9Cr18、9Cr18Mn、440C、14-4、A1-129、BG42、NM100的最高工作温度约为5000C。（2）高温表面渗碳轴承钢在高速、重载情况下，要求具有超高dmn值的滚动轴承，这些轴承一般都是采用高碳、高淬透性的高温轴承，但由于dmn值太高，容易引起轴承的断裂。为了适应高dmn值的轴承，开发了大量的高温渗碳轴承钢，这些轴承钢具有很高的表面硬度，一般可以达到58-63HRC，具有很好的耐磨性能。它的内部结构没有被碳污染，因此它的弹性很好，可以减震，从而增强材料的抗冲击能力。一般使用的是M50电渣重熔。比如，CBS600的工作温度可以是250摄氏度，而2W10Cr3NiV的温度可以是315摄氏度。采用带固定边的轴承，或在套管上设有油槽的轴承，可以防止尖锐的角部开裂。表4-1套圈材料的性能Gl3Cr4-Mo4V的最大工作温度可根据其工作条件而定。4.1.2滚动体材料为了确保滚动轴承在高温、高速等苛刻工作环境中的平稳运行，目前已经成功地采用了工程陶瓷材料。近年来，以钨、钦的碳化物和硅的无机化合物为代表的超硬滚动体材料得到了迅速的发展。这种材料的一些特点使得它们成为滚动体材料的优点，例如：低密度、高硬度、低对轴承钢的亲和力、低摩擦因数，从而大大改善了滚动轴承的高速性能和耐热性能。在表格2-2中列出了一些常见的滚动材料。表4-2滚动体材料的性能4.1.3套圈与滚动体材料匹配性为了确保滚动轴承在高速、高温工况下的摩擦损耗，必须选用最小的滚动摩擦系数。图4-1及4-2为150℃下的材料弹性模量及热膨胀系数对滚动摩擦因数的影响。图4-1膨胀系数对滚动摩擦系数的影响图4-2弹性模量对滚动摩擦系数的影响4.1.4保持架材料高温高速滚动轴承是一种常见的故障故障。滚动轴承的架与引导面之间存在着较大的径向间隙和轴向间隙，这使得它们的移动具有很大的不确定性。特别是在高速轴承中，由于保持器受到的载荷非常复杂，套筒与滚子之间经常发生碰撞，使滚筒壳套内的滚动物体以较快的速度撞入笼内。这就造成了滚动体和笼盖之间的暂态碰撞，从而使滚动物体所处的罩孔两侧产生张应力，而被碰撞的过梁则形成了以压应力为主的拉伸复合应力。在保持架上，这种碰撞是引起交变拉伸应力的重要原因。同时，由于保持架的高速转动，产生了较大的离心力，而且在较高的温度下，由于温度的影响，使得其受力状况变得更为复杂。因此，支架必须具有高的抗疲劳性能，但不能太高的硬度，否则会对滚动轴承造成伤害。在降低笼体的离心力的前提下，保持架的材料必须具有低密度，这样既可以减少离心力，又可以减少由于离心力引起的振动。由于架和引导表面之间存在着滑动摩擦，并且在使用中常常发生润滑问题，因此需要保持器与导轨间的摩擦系数要小，同时保持器本身也要具有高的耐磨性能。另外，笼体的外形比较复杂，而且容易产生较薄的变形，因此，保持器的材料也应该具有良好的机械性能。总之，符合要求的笼子应该具备下列特征：1足够高的疲劳强度；2低密度；3良好的减摩性和耐磨性；4热膨胀系数与套圈能够匹配；5在工程条件下有足够高的机械强度；6低硬度，抗冲击性能好。4.2轴承结构设计根据其在汽车增压器上的安装空间，设计成双列角接触球轴承，两个内环均具有斜面，外环为双挡边导向，这种设计有利于提高轴承的高速稳定性。图4-3显示了汽车增压的滚动轴承的构造原理。图4-3增压器滚动轴承结构示意图4.3轴承主参数设计4.3.1接触角的设计接触角是角接触球轴承的关键参数之一。在特定的情况下，最大的接触应力、转辊比与接触角之间的关系可以用图4~4和4~5表示。图4-4接触角对最大接触应力的影响图4-5接触角对旋滚比的影响接触角的大小对轴承的径向加载和轴向加载的方向都有一定的影响，其中以径向负荷为主的滚动轴承的接触角一般比较小，而以轴向负荷为主的滚动轴承的接触角一般比较大。接触角太大会增加旋转比，造成轴承的发热和磨损，对轴承的工作性能和使用寿命造成很大的影响。按照以前的设计经验，接触角的初始选择是15度。4.3.2球径、球数的设计滚珠直径和数量是影响其工作性能的关键因素。在图4-6和图4-7中，给出了球直径外环最大接触应力和旋转比的影响。图4-6球径对外圈最大接触应力的影响图4-7球径对旋滚比的影响当球体数量固定时，外环最大接触应力与球径的关系也受到旋转速度的影响，当旋转速度为40000r/min时，外环最大接触应力随着球径的增加而降低，当旋转速度达到100000r/min时，外环最大接触应力随着球径的增加而增加。这是由于在较低的速度下，离心力的作用不大，而随着球径的增加，接触面积的增加，外环的接触应力减弱作用更加显著。当旋转速度达到一定程度后，质量增加对离心力的影响更加显著，导致外环的接触应力随球直径的增加而增加。当球直径不变时，滚动体与套圈间的接触应力越小，旋转比越大。球径和球数对保持架过梁的大小有较大的影响，太大或太多都会造成保持架的中心径过梁尺寸变小，从而使其强度下降。它们之间的关系在图4-8和4-9中显示。图4-8球数对保持架中心径过梁的影响图4-9球径对保持架中心径过梁的影响在此基础上，根据轴承的超高速工作状态，确定了其直径为6.35毫米、9颗球。4.4轴承外圈及其附属结构的设计4.4.1轴承外圈增压器滚动轴承的外环是安装在增压中心的轴承座上的，轴承的结构是否合理直接关系到轴承的安装、散热和润滑。为方便安装，外圈采用外表面的两个端部。两侧端头与增压座圈相匹配，表面处理后，中部半径比两端的匹配部位稍小，表面质量稍差。根据涡轮增压器的外形，确定外环的长度和外径。故外滚道和滚动体之间的法向接触力由三个部分组成，其中，由预紧力导出的法向接触力、轴向载荷衍生的法向接触力、滚动体离心所衍生的法向接触力。由于这种轴承在高速运转时，其外圈内的周期压力变化很大，所以对其进行了谐振响应分析。由于该轴承具有9个滚动块，因此，其法向接触力的循环为1/9。当内环转速100000转/分钟时，保持器转动频率在0.7千赫兹左右，外滚道上的法向接触力的频率是6.9千赫。4.4.2轴承润滑方式与润滑结构设计由于实际工作环境下，这种滚动轴承没有油雾润滑，所以采用喷油润滑的方法来设计其润滑结构。本文介绍了一种用于汽车涡轮增压器的滚动轴承，它的一端是增压器的动力源，它可以把发动机的高温和高速的尾气转换成一个旋转系统的动能。在另一头，是一个增压装置，它将要把空气压缩到引擎的燃烧室中。由于上述构造，润滑油不能从轴承的两个端部进入到轴承内，所以在轴承的外环侧设置一个油槽，该油槽在径向上具有一个油孔，通过油孔将润滑油喷到需要润滑的地方。（1）形成有效油膜的理论需油量所需的油量是指能够充分分离摩擦副的润滑油的最低数量。滚子轴承内的油不能比所需的油少，否则会使与部件的摩擦更严重。但是，实际油量太大，会增加搅拌油损耗，产生大量的生热，对轴承的润滑十分不利。特别是在高速工况下，其摩擦系数明显高于低速工况。所以，需要计算滚动轴承的耗油。弹性流体润滑中，通过接触区的润滑油的流量为式中，—压力稳定区无量纲密度，—压力稳定区无量纲油膜厚度。式中，—单位宽度的接触区质量流量；—接触面平均速度；—标况下润滑油密度；—当量载荷作用下的润滑油密度；R—当量曲率半径；h—压力稳定区油膜厚度；—无量纲当量载荷。式中，一宽度方向上的载荷密度；—等效弹性模量，根据Dowson最小油膜计算公式:可得接触区质量流量表达式:式中，—标况下润滑油粘度；—粘压指数。每一滚珠在滚珠周围形成两个接触区域，因此，每排滚珠的耗油总量是式中，i—每列球的数量。从公司可以得知，滚动轴承的耗油量与工作条件、润滑技术等因素有关，而与组成摩擦副的材质无关。(2)供油量的确定通过对滚动轴承的油需求，可以得到相应的环间油液体积分数。汽轮机增压器在运行过程中，其速度值的变动幅度较大。转速对渗透力、分散状态和分配有很大的影响。刘红彬指出，随着滚动轴承转速的增大，油液渗透性能逐渐下降。由于高速转动的轴承会在圆环之间形成一个高速的环形气相流场，进入的油流与流场的速度方向不一样，润滑油会被压缩成细小的油珠，并随着气流的流动而在圆周运动，从而降低润滑油量。因此，在高转速条件下，润滑油的用量应该是合理的。采用有限元分析方法，计算出了单侧需要的喷油流量，并计算出了单侧的喷油需求。(3)分油槽与喷油孔设计分油槽是最大的应力集中点，其布置位置应尽量避免在外环的主承载区。分油槽深度太大，会导致外环强度下降，其大小以喷油口直径为准。在某一压力条件下，油孔可通过某一动态粘度的润滑油，其数量与孔深和孔径有关。通过单侧喷油量和单侧喷油口的数目，可以计算出单喷油量。增加喷射孔数可以使润滑油的分布更为均匀，但是，太多的喷孔会导致较小的气孔，这样会造成油柱太细，在通过环间高速气相流场时，极易被高速气流击打成细小的油珠，使其无法到达需要润滑的部位。而孔的数量太多、孔尺寸太小，则会增加生产成本。所以，在保证喷射尽可能均匀的情况下，喷嘴的数目不能太多，这里是四个。根据外环的构造及加工技术，确定了喷油口的轴心与轴心的夹角为60°。通过对外环的厚度的分析，得出了该孔的长度为3.522mm。在小孔长宽比大于0.5的情况下，油孔应该被认为是细长的。当油液经过细长孔时，以层流的形式进行处理，其流动特征方程如下：4.5保持架及引导间隙4.5.1保持架结构设计滚动轴承的主要功能是等距地隔离滚动体，并能有效地改善承载区的分布情况。在设计网箱时，必须保证网箱具有足够的强度和重量，同时还要保证网箱的结构形式，以减少摩擦扭矩、冷却、提高轴承的效率、延长其使用寿命。笼的结构可分为两类：冲孔型和本体型。由于增压器轴承的高温、高速特性，在其轴承上一般都是采用本体式的。角接触球轴承的护罩通常可分为波形和顶形两种。冠形保持架是按设计要求用冲床把经过精密加工的条形不锈钢整体冲压而成，因而其强度得以维持，在球内嵌时，不会发生变形，球囊部位加工成光滑的球面。波浪式护罩是根据球体大小制成的球形网袋，由一对钢板冲压成型的部件组成，并用夹爪将其固定在其他部件上。当达到强度要求时，支架的厚度要尽可能的薄，以便减少重量，而不会把导向面上的油膜压坏。对于高要求的滚动轴承，所采用的护罩一般采用镀银法，其优点如下：1、在启动过程中，增加了护罩表面的摩擦，减少了护罩与其它接触面的摩擦，这样既可以提高轴承的工作效率，又可以减少对护罩的磨损。当发动机处于紧急停机状态时，润滑系统会直接停止运转，同时涡轮增压转子系统也会因为惯性而继续高速转动，这时，润滑油会因为机油干燥而被损坏，从而产生润滑效果。2、银具有很好的塑性，可以减缓滚动物体的冲击。在滚动轴承运行时，在滚动体的牵引下，保持器围绕其自身轴进行转动，与滚动体的接触是滑动接触。在涡轮增压机的转子上，滚动体会剧烈地冲击挡板，从而加速。具有良好塑性的镀银涂层，在与滚动物体发生碰撞时，会产生大的凹痕，从而增加了接触区域，从而降低了摩擦应力。在超高速滚动轴承中，润滑油的粘性对其摩擦力矩起到了很大的作用。过量的润滑油会导致粘性的明显增加，从而使轴承的摩擦力变大，产生更高的发热量，从而使效率下降。为了改善这种情况，改变了保持器的兜孔结构，在保持器的兜孔上设置适当的导向角，见图4-11。导向角起到了加速油流的作用，减少了润滑油的粘性。图4-11保持架兜孔引导角4.5.2保持架引导方式的选择滚动轴承的导向方式有三种：外圈导向、内圈导向和滚动体导向，引导模式要视轴承工况、自身结构和润滑情况而定。在转速较高的情况下，滚动体导向器很容易产生不稳定的转动，明显地不适合于涡轮增压轴承。内圈导向与外环导向各有利弊。外环导航的优点是：1润滑剂易于渗入轴承空腔，充分保障润滑液供给；2引导面与外圈之间存在着相对滑动，而外圈的温度较低，有利于降低保持器的温度；3外导向保持器导向表面的磨耗更加均匀，保持架横梁的尺寸稍大，保持器的强度和减震效果也较好。缺点是：1、在离心力和热膨胀的情况下，导流间隙会变小，从而导致摩擦增加，从而加重摩擦；2、型钢的体积变大，质量分布半径变大，惯性矩增加。内环导向的优势和劣势正好相反。考虑到上述优点和不足，根据涡轮增压轴承的工作特性及自身的构造，选用了外圈引导。4.5.3保持架兜孔设计保持架兜孔设计，主要由直径和深度两部分组成。根据油膜压力、油膜厚度、保持器强度等因素，设计了罩孔的直径和深度。如图4-12所示，当兜孔直径与球体直径相近时，油膜压力较高，而当罩孔径增加时，油膜压力急剧下降，当罩内径与球径之比超过1.05时，油膜压力基本保持不变。从图4-13可以看出，随着罩孔径的增加，油膜的厚度先增加后降低。从图4-14可以看出，当罩孔深度对球直径的比率小于0.3时，随着罩孔深度的增加，油膜压力逐渐降低，当罩孔深度与球直径之比为0.45以后，油膜压力逐渐增加。从图4-15可以看出，随着罩壳深度的增加，油膜厚度先迅速增加，然后逐渐稳定。图4-12兜孔径与球径之比与油膜压力关系图4-13兜孔径与球径之比与油膜厚度关系图4-14兜孔深与球径之比与油膜压力关系图4-15兜孔深与球径之比与油膜厚度关系4.5.4保持架引导间隙的计算在采用外圈引导时，保持架引导间隙是决定其性能的关键因素。引导间隙太小会造成保持架与引导面之间的摩擦力问题，从而影响到润滑膜的形成，造成温度上升，磨损增加，并产生噪音，从而降低轴承的寿命；如果导流间隙太大，保持器的转动轨迹就会变得不规则。容易产生噪音、振动等问题，不仅会对轴承的工作性能造成不良影响，而且会缩短轴承的使用寿命。本文将运用理论力学与弹性力学的基本原理，对夹具进行分析，并考虑到温度的影响，并根据自己的经验，对夹具导向间隙进行了计算。为了简化计算，采用了以环形形式的笼形件进行受力分析，见图4-16。在高速转动时，它