用于燃料電池和混合動力汽車動力系統的超長壽命無油空氣壓縮機測試

用于燃料電池和混合動力汽車動力系統的超長壽命無油空氣壓縮機測試

混合動力電動汽車的應用程序需要上百萬次的起停測試，這與PEM氫燃料電池汽車所要求的起停測試級別相同。箔片空氣軸承在連續高速運行時沒有理論壽命限值，然而轉子箔片特性是影響機器整體性能和平均壽命的極其重要參數，汽車使用環境下起動周期的數量以及頻繁的起停操作是汽車應用過程的關鍵。在高速運行條件下（75000r/min或更高），而作為箔片空氣軸承最有力競爭對手的陶瓷球反摩擦軸承，其在高速運行條件下（750r/min，壽命小于3000h）。主要工作是研究起停測試對汽車空氣壓縮機組件箔片空氣軸承的影響。

研究開發了一套用以強調由起停次數引起箔片空氣軸承失效模式的測試標準，并能夠提出適當的改進來滿足需求。箔片空氣軸承受到起停次數的限制主要是由于低速下其內在涂層的磨損。針對一個完整的電子空氣壓縮機組件進行測試，該組件采用一對直徑為25mm的箔片空氣軸承，其箔片具有34μm厚的聚四氟乙烯涂層表面，在50000次的起停測試之后，該涂層被磨穿；接下來針對一個改進后的系統進行測試，主要對軸承軸頸表面涂層進行了改良。試驗發現，在100萬次的起停測試之后涂層磨損5μm。進一步應用統計可靠性技術對數據進行分析，通過L10測試方法預測改進后軸承的使用壽命為870萬次。

通過對軸承軸頸表面進行TiN和MoS2鍍膜處理，在每年處理量超過10萬件時，其成本大約每件增加10美分。整套箔片空氣軸承的成本估計大約每件20美元，相當于1%的價格變化（每個增壓器2個軸頸），軸承壽命可以從5萬次的起停測試延長到100萬次。通過綜合考慮改善成果和改善成本，說明了該項技術在汽車使用方面的可行性。

HansGangwaretal.SAE 2013-01-0478.

編譯：張利丹