用于燃料电池和混合动力汽车动力系统的超长寿命无油空气压缩机测试

用于燃料电池和混合动力汽车动力系统的超长寿命无油空气压缩机测试

混合动力电动汽车的应用程序需要上百万次的起停测试，这与PEM氢燃料电池汽车所要求的起停测试级别相同。箔片空气轴承在连续高速运行时没有理论寿命限值，然而转子箔片特性是影响机器整体性能和平均寿命的极其重要参数，汽车使用环境下起动周期的数量以及频繁的起停操作是汽车应用过程的关键。在高速运行条件下（75000r/min或更高），而作为箔片空气轴承最有力竞争对手的陶瓷球反摩擦轴承，其在高速运行条件下（750r/min，寿命小于3000h）。主要工作是研究起停测试对汽车空气压缩机组件箔片空气轴承的影响。

研究开发了一套用以强调由起停次数引起箔片空气轴承失效模式的测试标准，并能够提出适当的改进来满足需求。箔片空气轴承受到起停次数的限制主要是由于低速下其内在涂层的磨损。针对一个完整的电子空气压缩机组件进行测试，该组件采用一对直径为25mm的箔片空气轴承，其箔片具有34μm厚的聚四氟乙烯涂层表面，在50000次的起停测试之后，该涂层被磨穿；接下来针对一个改进后的系统进行测试，主要对轴承轴颈表面涂层进行了改良。试验发现，在100万次的起停测试之后涂层磨损5μm。进一步应用统计可靠性技术对数据进行分析，通过L10测试方法预测改进后轴承的使用寿命为870万次。

通过对轴承轴颈表面进行TiN和MoS2镀膜处理，在每年处理量超过10万件时，其成本大约每件增加10美分。整套箔片空气轴承的成本估计大约每件20美元，相当于1%的价格变化（每个增压器2个轴颈），轴承寿命可以从5万次的起停测试延长到100万次。通过综合考虑改善成果和改善成本，说明了该项技术在汽车使用方面的可行性。

HansGangwaretal.SAE 2013-01-0478.

编译：张利丹