CN104989461A - 全浮动轴承涡轮增压器转子系统 - Google Patents

全浮动轴承涡轮增压器转子系统 Download PDF

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Abstract

一种全浮动轴承涡轮增压器转子系统，涡轮端全浮动轴承安装在轴承体上的涡轮端全浮动轴承安装孔内，涡轮端全浮动轴承的第一止推端面与涡轮端全浮动轴承安装孔的底端面接触，压气端全浮动轴承安装在轴承体上的压气端全浮动轴承安装孔内，压气端全浮动轴承的第二止推端面与压气端全浮动轴承安装孔的底端面接触，涡轮转子轴安装在涡轮端全浮动轴承的轴承孔及压气端全浮动轴承的轴承孔内，压气端密封套和叶轮依次安装在涡轮转子轴轴杆的另一端，并通过螺母固定在涡轮转子轴的轴杆上，密封环安装在涡轮转子轴轴杆上的环形密封槽内，对轴承体的涡轮端进行密封。涡轮转子轴的轴杆与第一轴杆孔和第二轴杆孔内壁分别形成第一排油腔A及第二排油腔B。

Description

全浮动轴承涡轮增压器转子系统
技术领域
本发明涉及汽车发动机涡轮增压器转子系统，特别是一种采用全浮动轴承结构的涡轮增压器转子系统。
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，具有高效、节能、环保的功效。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。
转子系统是涡轮增压器的重要组成部件之一，通常情况下转子系统中分别设有止推轴承和浮动轴承。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，推动涡轮增压器技术的不断向前发展，新型车用涡轮增压器将朝着增加压比、提高工作效率、拓宽流量范围、不断小型化的方面发展，涡轮增压器结构愈加紧凑，其工作转速不断提高，工况愈加严峻以及润滑条件更为恶劣，这对转子系统的设计、制造以及加工提出了更高的要求。
现有的涡轮增压器转子系统结构如附图1所示，包括叶轮1、密封套2、止推套3、止推轴承4、轴承体5、密封环6、涡轮转子轴7、开口浮动轴承挡圈8及第一浮动轴承9和第二浮动轴承10。
轴承体5上设有进油孔5-3及回油孔5-7，进油孔5-3的底部设有横向油孔5-4，横向油孔5-4的两端分别设有油孔5-5、5-6，油孔5-5、5-6分别与轴承体5内的轴承孔5-1及5-2相通，为第一浮动轴承9和第二浮动轴承10提供润滑油。
第一浮动轴承9的中心设有轴杆孔9-1，第一浮动轴承9的外园上设有环形油槽9-2，环形油槽9-2内设有四个均匀分布的油孔9-3。第二浮动轴承10与第一浮动轴承9的结构相同。
第一浮动轴承9和第二浮动轴承10通过开口浮动轴承挡圈8分别安装在轴承体5内的轴承孔5-1及5-2内，开口浮动轴承挡圈8分别安装在轴承孔5-1及5-2孔壁上的环形挡圈槽内。
涡轮转子轴7的轴杆安装在第一浮动轴承9和第二浮动轴承10的轴杆孔内，止推套3、密封套2、叶轮1依次安装在涡轮转子轴7轴杆的另一端，并通过螺母固定在涡轮转子轴7的轴杆上，止推轴承4安装在止推套3上。密封环6安装在涡轮转子轴7轴杆上的环形密封槽内，对轴承体5的涡轮端进行密封。
现有的涡轮增压器转子系统中止推轴承4的主要作用是平衡增压器转子系统在旋转过程中涡轮端与压气端产生的交变载荷，第一浮动轴承9和第二浮动轴承10主要作用是依靠其内表面和外表面形成油膜来支撑涡轮增压器转子总成做高速旋转运动，并有效缓冲涡轮增压器旋转过程中产生的振动以及减小摩擦磨损。此外，通过止推套3、密封套2以及开口浮动轴承挡圈8的配合来平衡增压器轴向与径向的交变载荷。由于现有的涡轮增压器转子系统零部件过多，轴承系统较为复杂且成本较高，这在某种程度上限制了涡轮增压器的可靠性与结构尺寸的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用全浮动轴承结构的涡轮增压器转子系统。
本发明的技术方案是：一种全浮动轴承涡轮增压器转子系统，包括叶轮、密封环、轴承体、涡轮端全浮动轴承、压气端全浮动轴承、压气端密封套及涡轮转子轴。
所述的轴承体内设有第一轴杆孔和第二轴杆孔，第一轴杆孔的一端设有涡轮端全浮动轴承安装孔，涡轮端全浮动轴承安装孔的端口设有第一排油倒角，第二轴杆孔的一端设有压气端全浮动轴承安装孔，压气端全浮动轴承安装孔的端口设有第二排油倒角。
轴承体压气端的端面上设有安装背盘的螺纹孔。
轴承体内设有进油孔及回油孔，进油孔的底部分别设有第一油孔及第二油孔，第一油孔与轴承体内的第一轴承孔相通，第二油孔与轴承体内的第二轴承孔相通，第一油孔和第二油孔分别为涡轮端全浮动轴承及压气端全浮动轴承提供润滑油。
所述的压气端全浮动轴承的中心设有轴承孔，其外圆上设有环形油槽，环形油槽内设有四个均匀分布的油孔，压气端全浮动轴承的两端分别为第一止推端面和第二止推端面，第一止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴的旋转方向相反，压气端全浮动轴承的第二止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽截面深度逐渐减小与涡轮转子轴的旋转方向相同。
所述的涡轮端全浮动轴承的中心设有轴承孔，其外圆上设有环形油槽，环形油槽内设有四个均匀分布的油孔，涡轮端全浮动轴承的两端分别为第一止推端面和第二止推端面，第一止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴的旋转方向相同，涡轮端全浮动轴承的第二止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽截面逐渐减小方向与涡轮转子轴的旋转方向相反。
所述的涡轮转子轴的轴杆上依次设有环形密封槽、涡轮端轴杆及压气端轴杆，涡轮端轴杆的一端加工有第一轴肩，第一轴肩的直径略大于或等于涡轮端全浮动轴承的外径。
所述的压气端密封套上设有环形密封槽及环形的挡油板安装槽，密封套临近浮动轴承端面的外径略大于或等于浮动轴承的外径。
安装时，涡轮端全浮动轴承安装在轴承体上的涡轮端全浮动轴承安装孔内，涡轮端全浮动轴承的第一止推端面与涡轮端全浮动轴承安装孔的底端面接触，压气端全浮动轴承安装在轴承体上的压气端全浮动轴承安装孔内，压气端全浮动轴承的第二止推端面与压气端全浮动轴承安装孔的底端面接触，涡轮转子轴安装在涡轮端全浮动轴承的轴承孔及压气端全浮动轴承的轴承孔内，涡轮转子轴的涡轮端轴杆与涡轮端全浮动轴承的轴承孔对应，涡轮转子轴的压气端轴杆与压气端全浮动轴承的轴承孔对应，压气端密封套和叶轮依次安装在涡轮转子轴轴杆的另一端，并通过螺母固定在涡轮转子轴的轴杆上，密封环安装在涡轮转子轴轴杆上的环形密封槽内，对轴承体的涡轮端进行密封。
涡轮转子轴的轴杆与第一轴杆孔和第二轴杆孔内壁分别形成第一排油腔A及第二排油腔B。
当涡轮增压器转子系统高速旋转时，润滑油从轴承体上的进油孔进入，通过第一油孔及第二油孔对涡轮端全浮动轴承及压气端全浮动轴承提供润滑油。
此时，涡轮端全浮动轴承和压气端全浮动轴承其内表面和外表面形成油膜来支撑涡轮增压器转子系统做高速旋转运动。
涡轮端全浮动轴承的第一止推端面与涡轮端全浮动轴承安装孔的底端面形成油膜构成一对具有轴向载荷承载能力的支撑面，涡轮端全浮动轴承的第二止推端面与涡轮转子轴上的第一轴肩形成油膜构成一对具有轴向载荷承载能力的支撑表面。
压气端全浮动轴承的第一止推端面与压气端密封套的端面形成油膜构成一对具有轴向载荷承载能力的支撑面，压气端全浮动轴承的第二止推端面与压气端全浮动轴承安装孔的底端面形成油膜构成一对具有轴向载荷承载能力的支撑面。
第一排油倒角用来排泄涡轮端全浮动轴承第二止推端面处的高温润滑油，第一排油腔A用来排泄涡轮端全浮动轴承第一止推端面处的高温润滑油。第二排油倒角用来排泄压气端全浮动轴承第一止推端面处的高温润滑油，第二排油腔B用来排泄压气端全浮动轴承的第二止推端面处的高温润滑油。通过以上排油方式来有效降低轴承的温度。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
本发明提供的涡轮增压器转子系统采用全浮动轴承，通过对轴承体、涡轮端全浮动轴承、压气端全浮动轴承、压气端密封套及涡轮转子轴的重新设计，使涡轮端全浮动轴承和压气端全浮动轴承不仅可以承受径向载荷，而且还可以承受自涡轮端指向压气端的轴向力和自压气端指向涡轮端的轴向力时产生的轴向交变载荷，并且省去了现有涡轮增压器转子系统中的止推轴承、止推套、挡圈等零件，简化轴承体机加工艺，优化涡轮增压器转子系统部件，还可进一步简化涡轮增压器装配工艺，有效降低成本，使得涡轮增压器结构更为紧凑，提高产品的竞争优势。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为现有的涡轮增压器转子系统结构示意图；
附图2为现有的浮动轴承结构示意图；
附图3为附图2中的左视图；
附图4为本发明提供的全浮动轴承涡轮增压器转子系统结构示意图；
附图5为附图4中的I部放大图；
附图6为附图4中的II部放大图；
附图7为轴承体结构示意图；
附图8为涡轮端全浮动轴承结构示意图；
附图9为涡轮端全浮动轴承第一止推端面结构示意图；
附图10为涡轮端全浮动轴承第一止推端面上的楔形油槽横截面结构示意图，图中箭头为转子轴旋转方向；
附图11为涡轮端全浮动轴承第二止推端面结构示意图；
附图12为涡轮端全浮动轴承第二止推端面上的楔形油槽横截面结构示意图，图中箭头为转子轴旋转方向；
附图13为压气端全浮动轴承结构示意图；
附图14为压气端全浮动轴承第一止推端面结构示意图；
附图15为压气端全浮动轴承第一止推端面上的楔形油槽横截面结构示意图，图中箭头为转子轴旋转方向；
附图16为压气端全浮动轴承第二止推端面结构示意图；
附图17为压气端全浮动轴承第二止推端面上的楔形油槽横截面结构示意图，图中箭头为转子轴旋转方向；
附图18为涡轮转子轴结构示意图；
附图19为压气端密封套结构示意图。
具体实施方式
一种全浮动轴承涡轮增压器转子系统，包括叶轮1、密封环6、轴承体11、涡轮端全浮动轴承12、压气端全浮动轴承13、压气端密封套14及涡轮转子轴15。
所述的轴承体11内设有第一轴杆孔11-1和第二轴杆孔11-2，第一轴杆孔11-1的一端设有涡轮端全浮动轴承安装孔11-1-1，涡轮端全浮动轴承安装孔11-1-1的端口设有第一排油倒角11-1-2，第二轴杆孔11-2的一端设有
压气端全浮动轴承安装孔11-2-1，压气端全浮动轴承安装孔11-2-1的端口设有第二排油倒角11-2-2。
轴承体11压气端的端面上设有安装背盘的螺纹孔11-6。
轴承体11内设有进油孔11-3及回油孔11-7，进油孔11-3的底部分别设有第一油孔11-4及第二油孔11-5，第一油孔11-4与轴承体11内的第一轴承孔11-1-1相通，第二油孔11-5与轴承体11内的第二轴承孔11-2-1相通，第一油孔11-4和第二油孔11-5分别为涡轮端全浮动轴承12及压气端全浮动轴承13提供润滑油。
所述的压气端全浮动轴承13的中心设有轴承孔13-1，其外园上设有环形油槽13-2，环形油槽13-2内设有四个均匀分布的油孔13-3，压气端全浮动轴承13的两端分别为第一止推端面13-4和第二止推端面13-5，第一止推端面13-4上设有四个均匀分布的楔形油槽13-4-1，楔形油槽13-4-1呈扇形，楔形油槽13-4-1的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴15的旋转方向相反，压气端全浮动轴承13的第二止推端面13-5上设有四个均匀分布的楔形油槽13-5-1，楔形油槽13-5-1呈扇形，楔形油槽13-5-1的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴15的旋转方向相同。
所述的涡轮端全浮动轴承12的中心设有轴承孔12-1，其外园上设有环形油槽12-2，环形油槽12-2内设有四个均匀分布的油孔12-3，涡轮端全浮动轴承12的两端分别为第一止推端面12-4和第二止推端面12-5，第一止推端面12-4上设有四个均匀分布的楔形油槽12-4-1，楔形油槽12-4-1呈扇形，楔形油槽12-4-1的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴15的旋转方向相同，涡轮端全浮动轴承12的第二止推端面12-5上设有四个均匀分布的楔形油槽12-5-1，楔形油槽12-5-1呈扇形，楔形油槽12-5-1的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴15的旋转方向相反。
所述的涡轮转子轴15的轴杆上依次设有环形密封槽15-3、涡轮端轴杆15-1及压气端轴杆15-2，涡轮端轴杆15-1的一端加工有第一轴肩15-1-1，第一轴肩15-1-1的直径略大于或等于涡轮端全浮动轴承12的外径。所述的压气端密封套14上设有环形密封槽14-1及环形的挡油板安装槽14-2，压气端密封套14-3的外径略大于或等于浮动轴承13的外径。
安装时，涡轮端全浮动轴承12安装在轴承体11上的涡轮端全浮动轴承安装孔11-1-1内，涡轮端全浮动轴承12的第一止推端面12-4与涡轮端全浮动轴承安装孔11-1-1的底端面接触，压气端全浮动轴承13安装在轴承体11上的压气端全浮动轴承安装孔11-2-1内，压气端全浮动轴承13的第二止推端面13-5与压气端全浮动轴承安装孔11-2-1的底端面接触，涡轮转子轴15安装在涡轮端全浮动轴承12的轴承孔12-1及压气端全浮动轴承13的轴承孔13-1内，涡轮转子轴15的涡轮端轴杆15-1与涡轮端全浮动轴承12的轴承孔12-1对应，涡轮转子轴15的压气端轴杆15-2与压气端全浮动轴承13的轴承孔13-1对应，压气端密封套14和叶轮1依次安装在涡轮转子轴15轴杆的另一端，并通过螺母固定在涡轮转子轴15的轴杆上，密封环6安装在涡轮转子轴15轴杆上的环形密封槽15-3内，对轴承体15的涡轮端进行密封。
涡轮转子轴15的轴杆与第一轴杆孔11-1和第二轴杆孔11-2内壁分别形成第一排油腔A及第二排油腔B。

Claims (3)

1.一种全浮动轴承涡轮增压器转子系统，其特征是：包括叶轮、密封环、轴承体、涡轮端全浮动轴承、压气端全浮动轴承、压气端密封套及涡轮转子轴；
安装时，涡轮端全浮动轴承安装在轴承体上的涡轮端全浮动轴承安装孔内，涡轮端全浮动轴承的第一止推端面与涡轮端全浮动轴承安装孔的底端面接触，压气端全浮动轴承安装在轴承体上的压气端全浮动轴承安装孔内，压气端全浮动轴承的第二止推端面与压气端全浮动轴承安装孔的底端面接触，涡轮转子轴安装在涡轮端全浮动轴承的轴承孔及压气端全浮动轴承的轴承孔内，涡轮转子轴的涡轮端轴杆与涡轮端全浮动轴承的轴承孔对应，涡轮转子轴的压气端轴杆与压气端全浮动轴承的轴承孔对应，压气端密封套和叶轮依次安装在涡轮转子轴轴杆的另一端，并通过螺母固定在涡轮转子轴的轴杆上，密封环安装在涡轮转子轴轴杆上的环形密封槽内，对轴承体的涡轮端进行密封；
涡轮转子轴的轴杆与第一轴杆孔和第二轴杆孔内壁分别形成第一排油腔A及第二排油腔B。
2.如权利要求1所述的一种全浮动轴承涡轮增压器转子系统，其特征是：所述的轴承体内设有第一轴杆孔和第二轴杆孔，第一轴杆孔的一端设有涡轮端全浮动轴承安装孔，涡轮端全浮动轴承安装孔的端口设有第一排油倒角，第二轴杆孔的一端设有压气端全浮动轴承安装孔，压气端全浮动轴承安装孔的端口设有第二排油倒角；
轴承体压气端的端面上设有安装背盘的螺纹孔；
轴承体内设有进油孔及回油孔，进油孔的底部分别设有第一油孔及第二油孔，第一油孔与轴承体内的第一轴承孔相通，第二油孔与轴承体内的第二轴承孔相通，第一油孔和第二油孔分别为涡轮端全浮动轴承及压气端全浮动轴承提供润滑油；
所述的涡轮转子轴的轴杆上依次设有环形密封槽、涡轮端轴杆及压气端轴杆，涡轮端轴杆的一端加工有第一轴肩，第一轴肩的直径大于或等于涡轮端全浮动轴承的外径；
所述的压气端密封套上设有环形密封槽及环形的挡油板安装槽，密封套临近浮动轴承端面的外径略大于或等于浮动轴承的外径。
3.如权利要求1或2所述的一种全浮动轴承涡轮增压器转子系统，其特征是：所述的压气端全浮动轴承的中心设有轴承孔，其外园上设有环形油槽，环形油槽内设有四个均匀分布的油孔，压气端全浮动轴承的两端分别为第一止推端面和第二止推端面，第一止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴的旋转方向相反，压气端全浮动轴承的第二止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴的旋转方向相同；
所述的涡轮端全浮动轴承的中心设有轴承孔，其外园上设有环形油槽，环形油槽内设有四个均匀分布的油孔，涡轮端全浮动轴承的两端分别为第一止推端面和第二止推端面，第一止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴的旋转方向相同，涡轮端全浮动轴承的第二止推端面上设有两～八个均匀分布的楔形油槽，楔形油槽呈扇形，楔形油槽的截面深度逐渐减小方向与涡轮转子轴的旋转方向相反。
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