CN104847785A - 一种新型涡轮增压器浮动轴承 - Google Patents

一种新型涡轮增压器浮动轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型涡轮增压器浮动轴承，包括浮动轴承本体，浮动轴承本体的外工作表面设置有环形油槽，环形油槽上周向间隔布置有若干贯穿浮动轴承本体的壁的润滑油孔，浮动轴承本体的外工作表面周向设置有若干外工作表面油楔面，浮动轴承本体的内工作表面周向设置有若干内工作表面油楔面。本发明的有益效果在于通过油楔面来产生流体动压效应，可以显著提高涡轮增压器浮动轴承油膜承载能力，减小转子轴的摆动，有效隔离两支撑表面，降低浮动轴承的摩擦磨损，提高涡轮增压器的瞬态响应特性、可靠性和使用寿命。另外，本发明还有效克服油压不足而引起浮动轴承异常磨损现象，能够适应较为恶劣的工作环境，显著增强了摩擦副的润滑摩擦磨损特性。

Description

一种新型涡轮增压器浮动轴承
技术领域
本发明涉及发动机涡轮增压器技术领域，特别是一种新型涡轮增压器浮动轴承。
背景技术
涡轮增压是一种将发动机废气中的残余能量转化为提高发动机有效功率的技术。该技术不仅可以显著提高发动机的动力性，降低发动机的燃油耗，还可有效减少发动机排放废气中的有害成分，具有节能、环保功效。同时该项技术也是高原地区发动机功率恢复的重要手段，使发动机能适应不同海拔高度的运行要求。所以，涡轮增压器技术已经成为发动机的发展趋势。
浮动轴承在涡轮增压器的重要组成部件之一，其主要作用是依靠内表面和外表面形成油膜来支撑涡轮增压器转子轴做高速旋转运动，并有效缓冲增压器在运行工况下产生的振动及避免径向力造成增压器芯部零件的摩擦磨损。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。作为支撑涡轮增压器转子轴做高速旋转运动的浮动轴承，其承受的转子轴转速、振动以及径向力也越来越大，这对涡轮增压器浮动轴承的设计、制造提出了更高的要求。
涡轮增压器结构设计中，浮动轴承的设计十分重要，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：涡轮增压器浮动轴承摩擦功率损失占总机械效率损失的50％以上，大大影响涡轮增压器的瞬态响应特性与使用性能。同时轴承是增压器结构中的薄弱环节，增压器的使用寿命很大程度上取决于轴承的寿命，轴承一旦损坏，整个增压器就无法工作，故浮动轴承的使用性能、可靠性与使用寿命对涡轮增压器的性能以及寿命具有重要影响。
目前提高涡轮增压器浮动轴承承载能力的主要方法是增大浮动轴承进油孔孔径，从而加润滑油的流量来改善润滑承载特性，但此方法的不足是：发动机的机油压力是一定的，因此增大浮动轴承进油孔孔径只能增加少量的润滑油流量，对提高承载能力有限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有浮动轴承的上述不足和缺陷，提供一种可显著提高涡轮增压器浮动轴承油膜承载能力的新型涡轮增压器浮动轴承，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种新型涡轮增压器浮动轴承，包括浮动轴承本体，所述浮动轴承本体的外工作表面设置有环形油槽，所述环形油槽上周向间隔布置有若干贯穿所述浮动轴承本体的壁的润滑油孔，其特征在于，所述浮动轴承本体的外工作表面周向设置有若干外工作表面油楔面，所述浮动轴承本体的内工作表面周向设置有若干内工作表面油楔面。
在本发明的一个优选实施例中，所述内工作表面油楔面截面逐渐减小方向与涡轮增压器转子轴的旋转方向相同，所述外工作表面油楔面截面逐渐减小方向与涡轮增压器转子轴的旋转方向相反。
在本发明的一个优选实施例中，所述内工作表面油楔面与所述外工作表面油楔面相互错开设置。
在本发明的一个优选实施例中，所述内工作表面油楔面和所述外工作表面油楔面的截面为三角形或曲面或阶梯形或柱面形。
在本发明的一个优选实施例中，所述浮动轴承本体的其中一端面上设置有装配防错标识。
在本发明的一个优选实施例中，所述浮动轴承本体的两端面与所述外工作表面之间通过外斜面过渡。
在本发明的一个优选实施例中，所述浮动轴承本体的两端面与所述内工作表面之间通过内斜面过渡。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：
1、通过油楔面来产生流体动压效应，可以显著提高涡轮增压器浮动轴承油膜承载能力，减小转子轴的摆动，有效隔离两支撑表面，降低浮动轴承的摩擦磨损，提高涡轮增压器的瞬态响应特性、可靠性和使用寿命；
2、在发动机起停时等润滑不良工况下，存储在油楔面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有效润滑或储存在油楔面中的润滑油由于转子轴的径向摆动而被挤出，形成挤压油膜，增大油膜刚度，有效克服油压不足而引起浮动轴承异常磨损现象，能够适应较为恶劣的工作环境，显著增强了摩擦副的润滑摩擦磨损特性；
3、浮动轴承本体的其中一端面上设置有装配防错标识，有效避免涡轮增压器装配过程中浮动轴承的错位装配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
图1是本发明一种实施例的结构示意图。
图2是图1的主视图。
图3a是本发明第一种实施例的内工作表面油楔面(或外工作表面油楔面)的截面示意图。
图3b是本发明第二种实施例的内工作表面油楔面(或外工作表面油楔面)的截面示意图。
图3c是本发明第三种实施例的内工作表面油楔面(或外工作表面油楔面)的截面示意图。
图3d是本发明第四种实施例的内工作表面油楔面(或外工作表面油楔面)的截面示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1和图2所示的一种新型涡轮增压器浮动轴承，包括浮动轴承本体100，本实施例中的浮动轴承本体100采用铸铜、不锈钢、粉末冶金等材料，保证浮动轴承结构具有较好的耐磨性。浮动轴承本体100的外工作表面110中部同轴设置有环形油槽111，环形油槽111上周向间隔布置有若干贯穿浮动轴承本体100的壁的润滑油孔112，而润滑油孔112的数量可根据具体使用需要而设置，本实施例中的润滑油孔112为六个。
浮动轴承本体100的外工作表面110周向设置有若干外工作表面油楔面113，浮动轴承本体100的内工作表面120周向设置有若干内工作表面油楔面123。外工作表面油楔面113和内工作表面油楔面123的数量可根据具体使用需要而设置，本实施例中的外工作表面油楔面113和内工作表面油楔面123分别为三个。在工作时，外工作表面油楔面113和内工作表面油楔面123产生流体动压效应，可以显著提高涡轮增压器浮动轴承油膜承载能力，减小转子轴的摆动，有效隔离两支撑表面，降低浮动轴承的摩擦磨损，提高涡轮增压器的瞬态响应特性、可靠性和使用寿命。另外，在发动机起停时等润滑不良工况下，存储在油楔面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有效润滑或储存在油楔面中的润滑油由于转子轴的径向摆动而被挤出，形成挤压油膜，增大油膜刚度，有效克服油压不足而引起浮动轴承异常磨损现象，能够适应较为恶劣的工作环境，显著增强了摩擦副的润滑摩擦磨损特性。
为了进一步提高流体动压效应的效果，本实施例中的内工作表面油楔面123截面逐渐减小方向与涡轮增压器转子轴的旋转方向w相同，外工作表面油楔面113截面逐渐减小方向与涡轮增压器转子轴的旋转方向w相反。结合图3a所示，本实施例中的内工作表面油楔面123和外工作表面油楔面113的截面均为三角形，即内工作表面油楔面123和外工作表面油楔面113分别包括断崖面123a、113a和斜面123b、113b，而斜面123b、113b的上端与内工作表面120、外工作表面110过渡连接，斜面123b、113b的下端与断崖面123a、113a的底端连接。当然，也可以将本实施例中的内工作表面油楔面123和外工作表面油楔面113的截面设置为阶梯形(如图3b所示)或曲面(如图3c所示)或柱面形(如图3d所示)。而内工作表面油楔面123和外工作表面油楔面113的轴向长度、径向宽度L以及径向高度Hp可以根据具体的工作需要而定。本实施例中的内工作表面油楔面123和外工作表面油楔面113的轴向长度与浮动轴承本体100的轴向高度一样，内工作表面油楔面123和外工作表面油楔面113的径向宽度L＝1～5mm，径向高度Hp＝0.2～1.5mm。
为了避免涡轮增压器装配过程中浮动轴承的错位装配，浮动轴承本体100的其中一端面上设置有装配防错标识130。而装配防错标识130的截面可为三角形、圆形或字符等标识。
本实施例中的三个内工作表面油楔面123与外工作表面油楔面113相互错开设置，使得润滑油均匀分布在工作表面外周，形成均匀的挤压油膜以及避免对浮动轴承整体强度的削弱。
为了使得浮动轴承本体100方便与轴承座装配，浮动轴承本体100的两端面与外工作表面110之间通过外斜面140过渡。
为了使得浮动轴承本体100方便与转子轴装配，浮动轴承本体100的两端面与内工作表面120之间通过外斜面150过渡。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种新型涡轮增压器浮动轴承，包括浮动轴承本体，所述浮动轴承本体的外工作表面设置有环形油槽，所述环形油槽上周向间隔布置有若干贯穿所述浮动轴承本体的壁的润滑油孔，其特征在于，所述浮动轴承本体的外工作表面周向设置有若干外工作表面油楔面，所述浮动轴承本体的内工作表面周向设置有若干内工作表面油楔面。
2.如权利要求1所述的一种新型涡轮增压器浮动轴承，其特征在于，所述内工作表面油楔面截面逐渐减小方向与涡轮增压器转子轴的旋转方向相同，所述外工作表面油楔面截面逐渐减小方向与涡轮增压器转子轴的旋转方向相反。
3.如权利要求2所述的一种新型涡轮增压器浮动轴承，其特征在于，所述内工作表面油楔面与所述外工作表面油楔面相互错开设置。
4.如权利要求1或2或3所述的一种新型涡轮增压器浮动轴承，其特征在于，所述内工作表面油楔面和所述外工作表面油楔面的截面为三角形或曲面或阶梯形或柱面形。
5.如权利要求1所述的一种新型涡轮增压器浮动轴承，其特征在于，所述浮动轴承本体的其中一端面上设置有装配防错标识。
6.如权利要求1所述的一种新型涡轮增压器浮动轴承，其特征在于，所述浮动轴承本体的两端面与所述外工作表面之间通过外斜面过渡。
7.如权利要求1所述的一种新型涡轮增压器浮动轴承，其特征在于，所述浮动轴承本体的两端面与所述内工作表面之间通过内斜面过渡。
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