CN105666144B - 复合式增压器涡轮转轴及其加工装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合式增压器涡轮转轴及其加工装配方法，所述复合式增压器涡轮转轴包括转轴、过渡套、涡轮叶轮和销钉，其特征在于：所述过渡套选用可以通过焊接工艺与转轴连接在一起的材料，所述过渡套与涡轮叶轮通过螺纹装配连接在一起，所述销钉安装在已完成螺纹装配的过渡套与涡轮叶轮上，实现对过渡套与涡轮叶轮螺纹连接结构的锁紧，所述转轴与过渡套通过环形凸台的焊接连接在一起，进而形成完整的涡轮转轴。该涡轮转轴综合运用螺纹结构与焊接两种连接方式，能够实现涡轮叶轮与转轴之间的可靠连接，能够有效解决采用新材料制造的涡轮叶轮与转轴的连接问题，提高增压器涡轮转轴的可靠性。

Description

复合式增压器涡轮转轴及其加工装配方法
技术领域
本发明属于增压器结构技术领域，尤其是涉及一种复合式增压器涡轮转轴及其加工装配方法。
背景技术
涡轮转轴是涡轮增压器的核心零部件之一，通常由涡轮叶轮和转轴连接而成。目前，柴油机增压器的涡轮叶轮普遍采用铸造镍基高温合金K418材料(材料密度为8.0×103kg/m3)，转轴采用42CrMo合金钢材料。对于由K418材料制造的增压器涡轮叶轮和42CrMo合金钢制造的转轴，可以采用摩擦焊接或电子束焊接直接将涡轮叶轮与转轴连接在一起形成涡轮转轴。然而，由于K418材料密度较大，由K418材料制造的涡轮叶轮转动惯量也较大，导致涡轮增压发动机的瞬态响应性较差，特别是对于车用发动机。
为降低涡轮增压器转子的转动惯量、提高废气涡轮增压发动机的瞬态响应性、减少起动/加速时的冒黑烟现象和改善发动机的低速性能，增压器涡轮叶轮可以采用比强度较高的钛铝合金、陶瓷等新材料。例如，钛铝合金材料密度仅为3.9×103kg/m3，同时又具有良好的高温性能和抗氧化性能，且弹性模量较大，用钛铝合金材料制造的增压器涡轮叶轮，能够显著降低涡轮增压器转子的转动惯量。但是，当增压器涡轮叶轮采用钛铝合金、陶瓷等新材料制造时，很难直接采用焊接工艺实现涡轮叶轮与转轴之间的可靠连接，涡轮转轴的连接强度得不到有效保证。
因此，为保证增压器涡轮转轴的可靠性，对于采用钛铝合金、陶瓷等材料制造的增压器涡轮叶轮，需要研究新型涡轮转轴结构与加工装配方法，以实现涡轮叶轮与转轴的可靠连接。
发明内容
本发明旨在提出一种复合式增压器涡轮转轴，以保证涡轮叶轮与转轴的连接强度，满足增压器对涡轮转轴的可靠性要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
复合式增压器涡轮转轴结构，包括转轴1、过渡套2、涡轮叶轮3和销钉4，所述转轴1的一端有与过渡套2焊接的环形凸台；所述过渡套2选用可以通过焊接工艺与转轴1连接在一起的材料，所述过渡套2的一端有与转轴1焊接的环形凸台，所述过渡套2的另一端有与涡轮叶轮3装配的螺纹盲孔，所述过渡套2的螺纹盲孔底部沿周向均布有安装销钉4的通孔；所述涡轮叶轮3靠近转轴一端的轮毂上有与过渡套2装配的外螺纹，所述涡轮叶轮3靠近转轴一端的轮毂端面沿周向均布有安装销钉4的盲孔；所述销钉4的一部分安装在过渡套2的通孔，另一部分安装在涡轮叶轮3靠近转轴一端轮毂的盲孔。
进一步的，所述过渡套2的螺纹盲孔的底部设有径向的无螺纹的凹槽。
进一步的，所述过渡套2与涡轮叶轮3通过螺纹装配连接在一起，所述销钉4安装在已完成螺纹装配的过渡套2与涡轮叶轮3上，所述转轴1与过渡套2通过环形凸台焊接连接在一起。
本发明的另一目的在于，提出一种复合式增压器涡轮转轴加工装配方法，为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种复合式增压器涡轮转轴加工装配方法，包括以下步骤：
a、确定转轴、过渡套、涡轮叶轮和销钉的结构参数：根据增压器涡轮转轴与轴承体的结构参数，确定转轴与过渡套焊接的环形凸台尺寸，确定过渡套与转轴焊接的环形凸台尺寸以及与涡轮叶轮装配的螺纹盲孔尺寸和安装销钉的均布通孔尺寸及数量，确定涡轮叶轮与过渡套装配的外螺纹尺寸以及轮毂端面均布盲孔的尺寸与数量，确定销钉的尺寸与数量。
b、转轴与涡轮叶轮连接部位加工以及过渡套与销钉的加工：按照步骤a确定的结构参数，加工转轴的环形凸台，加工过渡套与转轴焊接的环形凸台以及与涡轮叶轮装配的螺纹盲孔，加工涡轮叶轮与过渡套装配的外螺纹，加工销钉。
c、过渡套与涡轮叶轮的螺纹旋紧装配：将步骤b中加工好的涡轮叶轮与过渡套通过螺纹旋紧装配在一起；
d、过渡套均布通孔与涡轮叶轮轮毂端面均布盲孔的加工：按照步骤a确定的尺寸参数，在步骤c中完成螺纹装配的过渡套与涡轮叶轮上加工安装销钉的均布通孔与盲孔。
e、将销钉安装在已完成螺纹装配的过渡套与涡轮叶轮上，对过渡套与涡轮叶轮的螺纹连接结构进行锁紧。
f、转轴与过渡套的焊接连接：将转轴同步骤e中完成螺纹装配与销钉锁紧的过渡套通过环形凸台焊接连接在一起，形成完整的涡轮转轴。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明综合运用螺纹连接与焊接连接两种连接方式，在根据增压器涡轮转轴与轴承体的结构尺寸合理确定转轴、过渡套、涡轮叶轮和销钉结构参数的基础上，采用螺纹结构将过渡套与涡轮叶轮连接在一起，并用销钉对过渡套与涡轮叶轮螺纹连接结构进行锁紧，可以防止过渡套与涡轮叶轮螺纹连接结构发生松脱；进一步，将转轴同已经与涡轮叶轮连接在一起的过渡套焊接在一起，形成完整的涡轮转轴。过渡套选用可以通过焊接方式与转轴连接在一起的材料，可以保证过渡套与转轴之间的可靠性连接。该结构可以实现增压器涡轮叶轮与转轴之间的可靠连接，能够有效解决采用新材料制造的涡轮叶轮与转轴的连接问题，提高增压器涡轮转轴的可靠性。本发明还具有结构简单、加工方便的特点，且不需要采用特殊工艺。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述复合式增压器涡轮转轴结构的示意图；
图2为本发明实施例所述转轴的结构示意图；
图3为本发明实施例所述过渡套的结构示意图；
图4为本发明实施例所述涡轮叶轮的结构示意图。
附图标记说明：
1-转轴，2-过渡套，3-涡轮叶轮，4-销钉。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
复合式增压器涡轮转轴结构，如图1至4所示，包括转轴1、过渡套2、涡轮叶轮3和销钉4，所述转轴1的一端有与过渡套2焊接的环形凸台；所述过渡套2选用可以通过焊接工艺与转轴1连接在一起的材料，所述过渡套2的一端有与转轴1焊接的环形凸台，所述过渡套2的另一端有与涡轮叶轮3装配的螺纹盲孔，所述过渡套2的螺纹盲孔底部沿周向均布有安装销钉4的通孔；所述涡轮叶轮3靠近转轴一端的轮毂上有与过渡套2装配的外螺纹，所述涡轮叶轮3靠近转轴一端的轮毂端面沿周向均布有安装销钉4的盲孔；所述销钉4的一部分安装在过渡套2的均布通孔，另一部分安装在涡轮叶轮3靠近转轴一端轮毂的均布盲孔。
所述过渡套2的螺纹盲孔的底部设有径向的无螺纹的凹槽。
所述过渡套2与涡轮叶轮3通过螺纹装配连接在一起，所述销钉4安装在已完成螺纹装配的过渡套2与涡轮叶轮3上，所述转轴1与过渡套2通过环形凸台焊接连接在一起。
所述的复合式增压器涡轮转轴加工装配方法，包括如下步骤：
a、确定转轴、过渡套、涡轮叶轮和销钉的结构参数：根据增压器涡轮转轴与轴承体的结构参数，确定转轴与过渡套焊接的环形凸台尺寸，确定过渡套与转轴焊接的环形凸台尺寸以及与涡轮叶轮装配的螺纹盲孔尺寸和安装销钉的均布通孔尺寸及数量，确定涡轮叶轮与过渡套装配的外螺纹尺寸以及轮毂端面均布盲孔的尺寸与数量，确定销钉的尺寸与数量。例如，某增压器涡轮叶轮直径为Ф95mm，轴承体涡轮端轴孔直径为Ф27mm,根据涡轮叶轮、转轴和轴承体的结构参数，确定的转轴的环形凸台内径为Ф16mm、外径为Ф26mm、高为3mm，确定的过渡套的环形凸台内径为Ф16mm、外径为Ф26mm、高为2mm，确定的过渡套螺纹盲孔内螺纹尺寸为M16×1-H7H7-LH、孔深10mm，确定的过渡套均布通孔直径为Ф3mm、数量为4个，确定的涡轮叶轮外螺纹尺寸为M16×1-p6p6-LH、轮毂端面均布盲孔直径为Ф3mm、数量为4个，确定的销钉尺寸为Ф3mm、数量为4个。
b、转轴与涡轮叶轮连接部位加工以及过渡套与销钉的加工：按照步骤a确定的结构参数，加工转轴的环形凸台，加工过渡套与转轴焊接的环形凸台以及与涡轮叶轮装配的螺纹盲孔，加工涡轮叶轮与过渡套装配的外螺纹，加工销钉。
c、过渡套与涡轮叶轮的螺纹旋紧装配：将步骤b中加工好的涡轮叶轮与过渡套通过螺纹旋紧装配在一起；
d、过渡套均布通孔与涡轮叶轮轮毂端面均布盲孔的加工：按照步骤a确定的尺寸参数，在步骤c中完成螺纹装配的过渡套与涡轮叶轮上加工安装销钉的均布通孔与盲孔。
e、将销钉安装在已完成螺纹装配的过渡套与涡轮叶轮上，对过渡套与涡轮叶轮的螺纹连接结构进行锁紧。
f、转轴与过渡套的焊接连接：将转轴同步骤e中完成螺纹装配与锁紧的过渡套通过环形凸台焊接连接在一起，形成完整的涡轮转轴。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种复合式增压器涡轮转轴结构，其特征在于：包括转轴(1)、过渡套(2)、涡轮叶轮(3)和销钉(4)，所述转轴(1)的一端有与过渡套(2)焊接的环形凸台；所述过渡套(2)选用可以通过焊接工艺与转轴(1)连接在一起的材料，所述过渡套(2)的一端有与转轴(1)焊接的环形凸台，所述过渡套(2)的另一端有与涡轮叶轮(3)装配的螺纹盲孔，所述过渡套(2)的螺纹盲孔底部沿周向均布有安装销钉(4)的通孔；所述涡轮叶轮(3)靠近转轴一端的轮毂上有与过渡套(2)装配的外螺纹，所述涡轮叶轮(3)靠近转轴一端的轮毂端面沿周向均布有安装销钉(4)的盲孔；所述销钉(4)的一部分安装在过渡套(2)的均布通孔，另一部分安装在涡轮叶轮(3)靠近转轴一端轮毂的均布盲孔；所述过渡套(2)的螺纹盲孔的底部设有径向的无螺纹的凹槽；所述过渡套(2)与涡轮叶轮(3)通过螺纹装配连接在一起，所述销钉(4)安装在已完成螺纹装配的过渡套(2)与涡轮叶轮(3)上，所述转轴(1)与过渡套(2)通过环形凸台焊接连接在一起。
2.一种复合式增压器涡轮转轴加工装配方法，其特征在于包括如下步骤：
a、确定转轴、过渡套、涡轮叶轮和销钉的结构参数；
b、转轴与涡轮叶轮连接部位加工以及过渡套与销钉的加工；
c、过渡套与涡轮叶轮的螺纹旋紧装配；
d、过渡套均布通孔与涡轮叶轮轮毂端面均布盲孔的加工；
e、将销钉安装在已完成螺纹装配的过渡套与涡轮叶轮上，对过渡套与涡轮叶轮的螺纹连接结构进行锁紧；
f、转轴与过渡套的焊接连接；
步骤d中按照步骤a确定的尺寸参数，在步骤c中完成螺纹装配的过渡套与涡轮叶轮上加工安装销钉的均布通孔与盲孔；
步骤f中将转轴同步骤e中完成螺纹装配与销钉锁紧的过渡套通过环形凸台焊接连接在一起，形成完整的涡轮转轴。
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