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涡轮增压器轴系结构的布置形式对增压器的性能及可靠性有重要影响车用涡轮增压器 一般为径流式，由气压机涡轮和轴承三个主要部分组成根据这三部分的相对位置，涡增压 器轴系结构的常见形式可归纳为四种情况（见图4.3），分别为轴承外置式、轴承内置式、轴 承位于气压机一侧两个轴承分别位于气压机一侧和涡轮一侧各种结构布置形式如下：（1） 涡轮和气压机涡轮背靠布置、轴承在气压机一侧，如图4.3（a）这种结构在小型 涡轮增压器上得到广泛应用，优点是轴承远离高温涡轮端，润滑油温度低，浮环轴承的油膜 稳定性好尽管涡轮和气压机叶轮悬臂，但是轴系的动态性能还可以保持在可接受范围内 为了减小悬臂的影响，必须把涡轮和气压机紧靠在一起，这样容易导致两个叶轮间的气体泄 漏和交换其缺点是气体从压气机泄露到涡轮会引起增压器的热损失，而当涡轮的高温气体 传至压气机时，会降低压缩气体的密度，影响压气机的性能2） 轴承外置式结构如图4.3（b）所示，这种轴承布置结构多用于大型涡轮增压器， 其优点是轴承维修方便，维修时不需要拆卸增压器由于流进压气机的空气和涡轮排放出的 废气都必须从轴承周围经过，为使气流不受影响，压气机的进气和涡轮的排气管就必须足够 大，通常这种结构只适用于大型涡轮增压器。

涡轮端轴承由于接近高温气体，需采用水冷 此外，轴承被安置在涡轮和压气机的外侧，再设计增压器转子时，要同时考虑转子的刚度和 临界速度因此，在涡轮和压气机叶轮之间的转子直径要足够大，以提高弯曲临界转速3） 两个轴承分别位于压气机一侧和涡轮一侧，如图4.3（c）所示这种结构的优点 是轴承的冷却效果较好，不需要采用水冷结构；而且可以用较细的轴得到较高的临界速度 但是这种和结构的缺点也很多，同时具备了其他结构的缺点，而且结构比较复杂，拆装困难， 在涡轮增压器中很少采用4） 轴承内置结构，两个浮环轴承位于涡轮和压气机叶轮之间，如图4.3（d）所示， 这种结构在车用涡轮增压器中最为常见目前，不仅所有大量生产的小型涡轮增压器采用这 种结构，而且许多大型涡轮增压器也采用这种结构这种结构形式的优点是结构简单、刚性 好，而且可以把润滑油和工作气体分开此外，这种结构的转子动力性能较好，增压器的工 作转速通常高于转子的二阶临界转速，低于弯曲临界转速这种结构的转子要求同时具有良 好的柔性，以确保增压器加减速时能顺利通过前两阶临界速度这种结构的主要缺点是轴承 拆卸比较困难具有浮环轴承支撑的增压器转子-轴承系统结构有压气机叶轮、涡轮叶轮浮环轴承、止 腿间隔套、轴分管等零部件通过转轴和锁紧螺母连接成一体，其构剖面如图4.5所示。

涡轮增压器转子既是高速旋转部件又是符合最大的部件，在涡轮增压器转子的结构设计 时必须仔细、慎重，并同时考虑以下问题：（1） 在保证有良好气动性能的同时，尽可能的减小转子的转动惯量，这是保证车用涡 轮增压器具有良好瞬态响应性的重要措施2） 在无需特别提高加工精度的条件下，要达到较高的动平衡精度这就要求从结构 设计的合理性来保证，例如，转子零兼营有较好的对称性、转子上所装的零件数目要尽可能 少等3） 转子与轴承一起组成转子-轴承系统，如何确保转子轴承系统工作的稳定性是一项十分艰巨的任务在设计转子时必须同时考虑轴承结构，除了要进行临界转速等参数计算外， 还要进行浮环轴承的非线性油膜力计算、极限环运动幅值的测量，转子轴承系统的稳定性裕 度分析等，以使高速转子振动在允许的范围之内，保证增压器工作时涡轮和压气机叶轮不与 壳体发生干涉4.2涡轮增压器转子轴承系统的动力学分析主要正对转子系统的横向振动，从一般意义来 讲，转子系统的横向振动问题，可以简化为简支梁的机械振动问题［93,94］因此，本节主要介 绍涡轮增压器转子轴承系统动力学分析所涉及的机械振动和动力学基本理论1. 单自由度系统振动方程建立图4.6为单自由度质量-弹簧系统示意图，作用在质量块上的合力包括以时间t为自变量 的外力f(t)，弹簧力一kx及阻尼力一cx,物体重力mg与静平衡位置时的弹簧力k相互抵消。

因此，该系统的运动微分方程为mx+cx+kx=f(t) (4.1)、在式(4.1)中，假设弹簧力与阻尼力为自变量函数x和x的线性函数，这种系统称为 线性系统线性假设适用于大多数简化的振动系统，利用线性模型可以满足大多数振动问题 的求解但是，对于涡轮增压器浮环轴承油膜涡动、转子碰摩等这些特殊的振动现象，就需 要考虑系统的非线性，计算系统的失稳裕度、极限环等特征2. 有阻尼自由振动系统运动方程当外力f(t) =0，式(4.1)所示的系统运动微分方程可以写成为mx+cx+kx=0 (4.2)、式(4.2)为二阶常微分方程，求解该方程的解x(t)时需要给出两个初始条件x(0)，x(0) 假设刚度k与阻尼系数c都为正值，则式(4.2)有三种解，即欠阻尼解、立即阻尼解和过 阻尼解这三种解对应系统的三种典型运动状态把常微分解的形式x(t)=Ae入t (A为常数，入为方程解的特征值)代入到式(4.2)中， 可以得到式(4.2)解的特征方程及特征跟为M入+C入+k=0,入汽±，''引入阻尼比参数&，即&=； \k = t =n cc式中，由式(1)(4.3)可知，欠阻尼解为固有频率，c c = 2mw 为临界阻尼系数。

三类解的形式具体如下：0