一种涡轮增压器止推轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涡轮增压器止推轴承技术领域，特别涉及一种涡轮增压器止推轴承。
【背景技术】
[0002]止推轴承是涡轮增压器的关键部件之一，在涡轮增压器中，止推轴承的作用是使增压器转子总成的涡端压力与压端压力达到平衡。随着现代发动机强化程度不断增强以及轻量化设计，特别各国对环境法规要求越来越严格，导致涡轮增压器不断小型化、结构愈加紧凑，其工作转速不断提高，工况愈加严峻以及润滑、冷却条件更为恶劣。作为平衡增压器转子轴的轴向力的止推轴承，其承受的轴向交变负荷也越来越复杂，这对涡轮增压器止推轴承的设计、制造提出了更高的要求。
[0003]涡轮增压器结构设计中，止推轴承的设计十分重要，其不仅影响涡轮增压器的结构可靠性与使用寿命，而且还影响涡轮增压器的机械效率。研究表明:涡轮增压器止推轴承摩擦功率损失占总机械效率损失的1/3?1/2，大大影响涡轮增压器的瞬态响应特性，同时止推轴承失效也是涡轮增压器的主要失效形式之一。止推轴承涡、压端面与止推套(止推片)或密封套的摩擦会对止推轴承产生附加应力，再加上涡轮增压器转子轴转速极高，可在极短的时间内导致止推轴承的过度磨损，导致轴串过大与以及涡轮增压器的失效。因此优化止推轴承的结构设计对提高涡轮增压器的机械效率、性能以及摩擦磨损特性有显著地帮助，对于提高涡轮增压器止推轴承可靠性与使用寿命意义十分重要。
[0004]近年来的大量研究表明优化设计的微观几何形貌能够显著提高摩擦副表面的承载能力。摩擦副表面经激光表面织构加工后，得到表层金相组织大大强化的微凹腔形貌，在流体动压润滑条件下，对于摩擦副表面，每个微凹腔所起到的作用可以比作是一个“微液体滚动轴承”，微凹腔群体协同作用的宏观累积动压润滑效应可以近似等价于Rayleigh台阶面型所起到的作用，在相对运动的过程中增强了流体动压润滑效应，从而提高了表面的承载力和润滑油膜的稳定性；润滑不良条件下，在相对运动过程中，存储在微凹腔中的润滑油在摩擦力的驱动下溢出，补充摩擦副表面所需的润滑液，从而形成对其周围表面的润滑或储存在微凹腔中的润滑油由于表面的变形而被挤出，形成挤压油膜，有效克服发动机起停时或怠速过程中因机油压低而引起止推轴承异常磨损现象，能够适应较为恶劣的工作环境，显著增强了摩擦副的润滑减摩，强化抗磨特性。
[0005]涡轮增压器止推轴承摩擦副的摩擦磨损，降低止推轴承的可靠性与使用寿命，影响涡轮增压器瞬态响应特性与机械效率，所以止推轴承的结构设计十分关键，因此要求止推轴承具有更高的减摩抗磨特性与承载力。而激光表面织构作为一种新型的表面加工方法已开始应用于关键摩擦副:机械密封、缸套-活塞环摩擦副、凸轮轴及其从动件等摩擦副。例如中国专利申请公开号CN1857843公开了一种激光表面微造型方法，特指一种用于摩擦副零件表面形貌的微造型方法，但至今由于涡轮增压器止推轴承的特殊性，对激光表面织构涡轮增压器止推轴承还未曾涉及。【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于针对上述涡轮增压器止推轴承的不足和缺陷，提供一种涡轮增压器止推轴承。
[0007]本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0008]—种涡轮增压器止推轴承，包括止推轴承本体，其特征在于，在所述止推轴承本体的涡端面和压端面上间隔设置有若干微型凹腔
[0009]在本实用新型的一个优选实施例中，所述微型凹腔的大小不等，且疏密错落间隔布置在所述止推轴承本体的涡端面和压端面上。
[0010]在本实用新型的一个优选实施例中，所述微型凹腔为半球形凹腔，所述微型凹腔半径为50?200um，所述微型凹腔深度3?30um，所述微型凹腔的面积对应于该涡端面或压端面的面积的占有率度为3%?20%，相邻所述微型凹腔之间的间距200?500um。
[0011]在本实用新型的一个优选实施例中，所述止推轴承本体的涡端面和压端面由ZCuPblOSnlO材料制成。
[0012]由于采用了如上的技术方案，本实用新型公开的涡轮增压器止推轴承基于涡轮增压器的工作性能要求，结合流体动压润滑理论，在止推轴承涡、压表面织构加工出微型凹腔，具有最大的止推承载能力，显著改善了摩擦副的摩擦磨损特性，有效减小涡轮增压器轴向串动，提高涡轮增压器的可靠性与使用寿命。止推轴承上的微型凹腔可以起到储存润滑油和搜集润滑油中的硬质颗粒和磨损磨粒，改善了低速和恶劣工况下的摩擦学性能。
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本实用新型一种涡轮增压器止推轴承激光表面织构方法的加工装置结构示意图。
[0015]图2是本实用新型一种涡轮增压器止推轴承的工作状态示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本实用新型。
[0017]参见图1和图2所示，一种涡轮增压器止推轴承包括止推轴承本体100，该止推轴承本体100采用铸铜、不锈钢粉末冶金、铅青铜等材料制成。在止推轴承本体100的涡端面IlOa和压端面IlOb上间隔设置有若干微型凹腔120。微型凹腔120的大小不等，且疏密错落间隔布置在止推轴承本体100的涡端面IlOa和压端面IlOb上。本实施例中的微型凹腔120为半球形凹腔，微型凹腔半径rp为50?200um，微型凹腔深度hp为3?30um，微型凹腔120的面积对应于该涡端面IlOa或压端面IlOb的面积的占有率度为3%?20%，相邻微型凹腔120之间的间距d为200?500um。而微型凹腔120的尺寸参数以及占有率度的设置直接影响到止推轴承本体100的工作性能，当微型凹腔120的尺寸参数以及占有率度设置过大时，影响止推轴承本体100的整体强度以及表面平整度。当微型凹腔120的尺寸参数以及占有率度设置过小时，微型凹腔120所起到的储存润滑油和搜集磨粒功能不显著。另外，可通过建立涡轮增压器止推轴承摩擦副表面流体动压润滑理论模型数值计算确定具有最佳承载能力与润滑减摩效果的微凹腔深度、半径以及间距或面积占有率。
[0018]为了提高止推轴承本体100的涡端面IlOa和压端面IlOb的耐磨性和润滑性，本实施例中的止推轴承本体100的涡端面IlOa和压端面IlOb由ZCuPblOSnlO材料制成。
[0019]本实用新型公开的涡轮增压器止推轴承基于涡轮增压器的工作性能要求，结合流体动压润滑理论，在止推轴承涡、压表面织构加工出微型凹腔，在止推轴承本体100和止推片400之间的微型凹腔120形成流体动压油膜1，具有最大的油膜止推承载能力，显著改善摩擦副的摩擦磨损特性，有效减小轴向串动增，提高涡轮增压器的可靠性与使用寿命。止推轴承上的微型凹腔可以起到储存润滑油和搜集硬质颗粒与磨损磨粒，改善了低速和恶劣工况下的摩擦学性能。
[0020]一种涡轮增压器止推轴承激光表面织构方法，包括以下步骤:
[0021]a:将所述止推轴承本体固定在旋转机床工作台上，止推轴承本体100的涡端面IlOa或压端面IlOb朝上，本实施例中的涡端面IlOa朝上，压端面IlOb朝下；
[0022]b:将激光发生装置300的激光头313对准朝上的涡端面110a，本实施例中的激光发生装置300包括二极管Nd:YAG激光器310，二极管Nd:YAG激光器310的激光功率为3W，重复频率I?50kHz，栗浦源输出激光波长为532nm的倍频光，光束质量系数〈2，发散角小于3mrad，功率不稳定度彡±3%，调整激光功率密度为15?10 7W/cm2，激光脉冲宽度为25?50ns，栗浦电流17?21A，脉冲频率为6.5KHz，激光脉冲重复次数为2?15次。二极管Nd:YAG激光器310的水平激光束311射出经过一 45°反光镜320后形成垂直激光312，垂直激光束312的前端通过聚焦透镜330会聚集中射在涡端面IlOa上。
[0023]c:驱动激光发生装置300的激光头313和旋转机床工作台200工作，采用单脉冲同点间隔多次加工方法对朝上的涡端面IlOa进行激光表面织构加工，以使在朝上的涡端面IlOa形成若干微型凹腔120。在激光加工图形软件界面下，输入止推轴承几何参数及其分布状态以及设置旋转机床工作台200的转速，即可调整微型凹腔120的形态分布。同时在激光头加工处输入能够使微型凹腔在激光作用下形成硬化层的辅助气体，直至所述朝上的涡端面IlOa微型凹腔达到预定数量和工艺参数即可。本实施例中的辅助气体为氩气或氮气。
[0024]为了加工止推轴承本体100的另一端面，还包括步骤d:关闭激光发生装置300的激光头和旋转机床工作台200，使朝下的压端面IlOb朝上，重复步骤b、c即可。
[0025]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种涡轮增压器止推轴承，包括止推轴承本体，其特征在于，在所述止推轴承本体的涡端面和压端面上间隔设置有若干微型凹腔。2.如权利要求书I所述的一种涡轮增压器止推轴承，其特征在于，所述微型凹腔的大小不等，且疏密错落间隔布置在所述止推轴承本体的涡端面和压端面上。3.如权利要求书I至2任一权利要求所述的一种涡轮增压器止推轴承，其特征在于，所述微型凹腔为半球形凹腔，所述微型凹腔半径为50?200um，所述微型凹腔深度3?30um，所述微型凹腔的面积对应于该涡端面或压端面的面积的占有率度为3%?20%，相邻所述微型凹腔之间的间距200?500um。4.如权利要求书3所述的一种涡轮增压器止推轴承，其特征在于，所述止推轴承本体的涡端面和压端面由ZCuPblOSnlO材料制成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种涡轮增压器止推轴承，包括止推轴承本体，在止推轴承本体的涡端面和压端面上间隔设置有若干微型凹腔。本实用新型公开的涡轮增压器止推轴承基于涡轮增压器的工作性能要求，结合流体动压润滑理论，在止推轴承涡、压表面织构加工出微型凹腔，显著改善摩擦副的摩擦磨损特性，减少涡轮增压器轴向串动，降低了故障模式，提高涡轮增压器的可靠性与使用寿命。止推轴承上的微型凹腔可以起到储存润滑油和搜集磨粒，改善了低速和恶劣工况下的摩擦学性能。
【IPC分类】F16C17/08
【公开号】CN204729464
【申请号】CN201520328575
【发明人】程云荣, 徐晓波, 张伟, 符永宏, 杨国旗, 胡奇, 王定桂
【申请人】湖南天雁机械有限责任公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年5月20日