基于虛擬正交試驗的壓氣機葉輪軸-轂徑向微動特性研究

趙俊生 ，鹿雪龍 ，黃新忠 ，王雙永

（1.中北大學機械與動力工程學院，太原 030051；2.中國航天科工集團第二研究院總裝調部，北京 100854；3.中國林業科學研究院木材工業研究所，北京 100091）

微動廣泛存在于承受機械振動、疲勞載荷、冷熱循環等工況的緊配合件中[1]。微動造成構件材料的損傷，加速裂紋的萌生和擴展，已成為一些關鍵零部件失效的主要原因之一。渦輪增壓器壓氣機葉輪的破壞主要是由裂紋擴展引起的，而研究發現該裂紋的形成正是由于微動磨損[2]。壓氣機葉輪是渦輪增壓器的重要部件，一般采用過盈配合壓裝在葉輪軸上。壓氣機葉輪的工作轉速比較高，目前普遍使用的渦輪增壓器轉速范圍為60000～120000r/min[3]，最高轉速可達 260000r/min。摩擦功是摩擦應力與對應滑移距離的乘積，是衡量摩擦磨損程度嚴重與否的重要參數。本文通過研究過盈量、摩擦系數和轉速等工作參數對微動特性參數的影響，找出它們之間的數值關系，以期為壓氣機葉輪的裝配工藝提供理論依據，對實踐進行指導。

1 數值模擬

1.1 試驗對象

以某型車用渦輪增壓器的壓氣機葉輪為例進行計算，如表1所示。該葉輪由兩個部分組成：進氣處的旋轉導向部分和帶徑向葉片的葉輪部分。該型葉輪沿周向均勻分布12個葉片。葉輪的材料為鑄鋁，軸的材料為 45 鋼[3]。

表1 葉輪主要參數

1.2 模型的建立

由于壓氣機葉輪軸-轂為周期循環對稱，根據有限元接觸分析的理論，可以采用子結構分析方法，只分析其中1個周期即可。……