CN106002283B - 一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构及其制造装配工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构，包括转轴、涡轮叶轮和弹性锁紧片，所述转轴的一端有外螺纹，外螺纹端面沿周向均布有盲孔；所述涡轮叶轮与转轴连接的轮毂上有内螺纹盲孔，内螺纹盲孔底部沿周向均布有盲孔；所述弹性锁紧片的一侧沿周向均布有凸台，另一侧沿周向均布有翘起的弹簧片，中心有工艺通孔；所述转轴和涡轮叶轮通过螺纹结构连接在一起并压紧弹性锁紧片；所述弹性锁紧片的凸台固定在涡轮叶轮的内螺纹盲孔底部沿周向均布的盲孔中，翘起的弹簧片弹入转轴外螺纹端面盲孔中，实现对转轴和涡轮叶轮螺纹连接结构的锁紧。

Description

一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构及其制造装配工艺
技术领域
本发明属于涡轮增压器结构设计领域，具体涉及一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构及其制造装配工艺。
背景技术
涡轮增压器是涡轮增压发动机的关键组成部件，涡轮转轴作为涡轮增压器的核心零部件之一，主要由涡轮叶轮和转轴连接而成。目前，柴油机增压器涡轮叶轮普遍采用镍基高温合金K418材料，转轴采用42CrMo合金钢材料。对于由K418合金材料制造的增压器涡轮叶轮和由42CrMo合金钢制造的转轴，可以采用摩擦焊、电子束焊等工艺将涡轮叶轮与转轴可靠地连接在一起。但是，由于镍基高温合金K418材料的密度较大，由K418材料制造的涡轮叶轮转动惯量也相应地较大，导致涡轮增压发动机的瞬态响应性差，发动机在起动、加速时会出现冒黑烟和反应滞后的现象。
为改善涡轮增压发动机的瞬态响应性和排放性能，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，钛铝合金材料具有良好的高温性能和抗氧化性能，且弹性模量较大，但是钛铝合金的材料密度还不到镍基高温合金K418材料的50％，用钛铝合金材料制造的增压器涡轮叶轮，能够显著降低涡轮转轴的转动惯量，提高发动机的瞬态响应性和加速性能。
然而，当增压器涡轮叶轮采用钛铝合金、陶瓷等新材料制造时，很难采用现有的焊接工艺实现涡轮转轴的可靠连接，涡轮转轴的连接强度与可靠性得不到有效保证。因此，当增压器涡轮叶轮采用钛铝合金、陶瓷等材料制造时，需要采用新型连接结构和工艺实现涡轮转轴的可靠连接。
发明内容
本发明针对增压器涡轮转轴的结构可靠性问题，提出一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构。
本发明的技术方案：
一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构，包括转轴、涡轮叶轮和弹性锁紧片，所述弹性锁紧片为圆盘状，一侧面上沿周向均布有凸台，另一侧面上沿周向均布同向的一端向外翘起的弹簧片，所述弹性锁紧片的中心有便于装配的工艺通孔；
所述转轴的一端设有与涡轮叶轮装配的外螺纹，所述转轴的外螺纹与其光轴之间设有轴肩，所述转轴设有外螺纹一端的端面上沿周向均布用来卡住弹性锁紧片上翘的弹簧片的盲孔；
所述涡轮叶轮与转轴连接的一端轮毂上有和转轴装配的内螺纹盲孔，所述涡轮叶轮的内螺纹盲孔底部沿周向均布有用来固定弹性锁紧片的凸台的盲孔；所述转轴和涡轮叶轮通过螺纹结构连接在一起；
所述弹性锁紧片的凸台嵌入在涡轮叶轮的内螺纹盲孔底部的盲孔中，翘起的弹簧片弹入转轴的外螺纹端面的盲孔中。
进一步的，所述转轴的外螺纹端的端面沿周向均布的盲孔的数量为弹性锁紧片上翘起的弹簧片的数量的正整数倍。
进一步的，所述转轴的外螺纹旋向与涡轮转轴结构工作时的转动方向相同，所述弹性锁紧片翘起的弹簧片的张口方向与涡轮叶轮的内螺纹旋向相同。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构，通过弹性锁紧片实现对涡轮叶轮与转轴螺纹连接结构的锁紧，能够有效保证涡轮转轴的连接强度与可靠性。弹性锁紧片上的凸台固定在涡轮叶轮内螺纹盲孔底部沿周向均布的盲孔中，翘起的弹簧片张口方向与转轴的外螺纹旋向相同，既不妨碍涡轮叶轮与转轴的螺纹旋紧装配，又可使翘起的弹簧片平滑地弹入转轴的外螺纹端面盲孔中，对涡轮转轴的螺纹连接结构起到锁紧作用。弹性锁紧片位于涡轮叶轮内螺纹盲孔底部，可以使弹性锁紧片避免接触高温燃气、润滑油等介质，能够进一步提高涡轮转轴的可靠性。弹性锁紧片中心工艺通孔，便于弹性锁紧片的加工与装配。
(2)转轴外螺纹端面沿周向均布盲孔的数量为弹性锁紧片上翘起弹簧片数量的正整数倍，可保证涡轮转轴在装配过程中既能够使弹性锁紧片上的弹簧片弹入到转轴外螺纹端面的盲孔中，又能够使涡轮转轴的螺纹装配旋紧扭矩达到规定值。
本发明的另一目的在于提出一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构的制造装配工艺。
技术方案是这样实现的：
一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构的制造装配工艺，包括以下步骤：
a、确定转轴、涡轮叶轮和弹性锁紧片的结构尺寸参数；
b、转轴、涡轮叶轮和弹性锁紧片的加工；
c、涡轮叶轮与弹性锁紧片的装配：将弹性锁紧片的凸台放置在涡轮叶轮内螺纹盲孔底部沿周向均布的盲孔中；
d、进行涡轮叶轮与转轴的螺纹旋紧装配：对涡轮叶轮与转轴进行螺纹旋紧装配，装配时留出进一步旋紧的余量；
e、弹性锁紧片的压紧以及转轴与涡轮叶轮螺纹连接结构的锁紧：按照涡轮转轴的螺纹装配旋紧力矩，对步骤d中已装配在一起的涡轮叶轮和转轴进行进一步的螺纹旋紧，使涡轮叶轮和转轴压紧弹性锁紧片，并使弹性锁紧片上翘起的弹簧片弹入到转轴外螺纹端面的盲孔中。
所述制造装配工艺与上述嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1是本发明实施例所述增压器涡轮转轴结构示意图。
图2是本发明实施例所述增压器涡轮转轴结构示意图。
图3是本发明实施例所述转轴结构示意图。
图4是本发明实施例所述转轴结构示意图。
图5是本发明实施例所述涡轮叶轮结构示意图。
图6是本发明实施例所述涡轮叶轮结构示意图。
图7是本发明实施例所述弹性锁紧片结构示意图。
图8是本发明实施例所述弹性锁紧片结构示意图。
图中：
1 转轴 2 涡轮叶轮 3 弹性锁紧片
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。
一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构，如图1、2所示，包括转轴1、涡轮叶轮2和弹性锁紧片3，
如图7、8所示，所述弹性锁紧片3为圆盘状，其一侧面上沿周向均布有凸台，所述弹性锁紧片3的另一侧面上沿周向均布有同向一端翘起的弹簧片，所述弹性锁紧片3的中心有便于装配的工艺通孔；
所述转轴1的一端有与涡轮叶轮2装配的外螺纹，所述转轴1的外螺纹与光轴之间有轴肩，所述转轴1的外螺纹端面沿周向均布有卡住弹性锁紧片3上翘起弹簧片的盲孔；所述涡轮叶轮2与转轴1连接的一端轮毂上有和转轴1装配的内螺纹盲孔，所述涡轮叶轮2内螺纹盲孔底部沿周向均布有固定弹性锁紧片3凸台的盲孔；
所述转轴1和涡轮叶轮2通过螺纹结构连接在一起；所述弹性锁紧片3的凸台固定在涡轮叶轮2的内螺纹盲孔底部沿周向均布的盲孔中，翘起的弹簧片弹入转轴1的外螺纹端面盲孔中，实现对转轴1和涡轮叶轮2螺纹连接结构的锁紧；所述转轴1和涡轮叶轮2通过螺纹装配压紧弹性锁紧片3，形成完整的涡轮转轴。
所述弹性锁紧片3翘起的弹簧片张口方向与涡轮叶轮2的内螺纹旋向相同。
所述转轴1的外螺纹旋向与涡轮转轴工作时的转动方向相同。
所述转轴1外螺纹端面沿周向均布盲孔的数量为弹性锁紧片3上翘起弹簧片数量的正整数倍。
上述嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构的制造装配工艺，包括以下步骤：
a、确定转轴1、涡轮叶轮2和弹性锁紧片3的结构尺寸参数：
根据涡轮叶轮2、转轴1和轴承体的结构以及涡轮转轴结构工作与装配过程中承受的载荷，确定转轴1与涡轮叶轮2相装配的外螺纹尺寸和转轴1的外螺纹端面沿周向均布盲孔的尺寸，转轴1的外螺纹旋向与涡轮转轴结构工作时的转动方向相同，确定涡轮叶轮2与转轴1装配的内螺纹盲孔尺寸以及内螺纹盲孔底部沿周向均布盲孔的尺寸，确定弹性锁紧片3的尺寸，弹性锁紧片3上均布弹簧片的张口方向与转轴1的外螺纹旋向相同，弹性锁紧片3的凸台数量与涡轮叶轮2的内螺纹盲孔底部沿周向均布盲孔的数量相同，转轴1的外螺纹端面沿周向均布盲孔的数量是弹性锁紧片3上弹簧片数量的正整数倍；
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2、转轴1和轴承体的结构参数，确定的转轴1与涡轮叶轮2相装配的外螺纹尺寸为M18×1.5-p6p6-LH，转轴外螺纹端面沿周向均布盲孔的直径为Ф2mm、深度为2mm、数量为4个，如图3和图4所示；确定的涡轮叶轮2的内螺纹尺寸为M18×1.5-H7H7-LH，内螺纹盲孔底部沿周向均布盲孔的直径为Ф2mm、深度为2mm、数量为2个，如图5和图6所示；确定的弹性锁紧片3的外径为Ф15mm、凸台高度为1.8mm、凸台数量为2个，翘起弹簧片的张口方向为左旋，翘起弹簧片的数量为2个，如图7和图8所示；
b、转轴1、涡轮叶轮2和弹性锁紧片3的加工：
按照步骤a确定的转轴1、涡轮叶轮2和弹性锁紧片3的结构尺寸参数，进行转轴1的外螺纹以及外螺纹端面沿周向均布盲孔的加工，进行涡轮叶轮2的内螺纹盲孔以及内螺纹盲孔底部沿周向均布盲孔的加工，进行弹性锁紧片3的加工；
c、涡轮叶轮2与弹性锁紧片3的装配：
将弹性锁紧片3的凸台放置在涡轮叶轮2的内螺纹盲孔底部沿周向均布的盲孔中；
d、进行涡轮叶轮2与转轴1的螺纹旋紧装配：
对涡轮叶轮2与转轴1进行螺纹旋紧装配，装配时留出进一步旋紧的余量；；
e、弹性锁紧片3的压紧以及转轴1与涡轮叶轮2的螺纹连接结构的锁紧：
按照涡轮转轴结构的螺纹装配旋紧力矩，对步骤d中已装配在一起的涡轮叶轮1和转轴1进行进一步的螺纹旋紧，使涡轮叶轮2和转轴1压紧弹性锁紧片3，并使弹性锁紧片3上翘起的弹簧片弹入到转轴1的外螺纹端面的盲孔中,如图1和图2所示。
根据增压器涡轮叶轮2、转轴1和轴承体的结构尺寸参数，通过合理设计转轴1、涡轮叶轮2与弹性锁紧片3的结构尺寸，将弹性锁紧片3固定在涡轮叶轮2上，然后进行转轴1与涡轮叶轮2的螺纹装配，通过弹性锁紧片3实现对涡轮转轴螺纹连接结构的锁紧。该结构与工艺能够将涡轮叶轮2与转轴1可靠地连接在一起，有效保证涡轮转轴的可靠性。
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 (4)

1.一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构，其特征在于：包括转轴(1)、涡轮叶轮(2)和弹性锁紧片(3)，
所述弹性锁紧片(3)为圆盘状，一侧面上沿周向均布有凸台，另一侧面上沿周向均布同向的一端向外翘起的弹簧片，所述弹性锁紧片(3)的中心有便于装配的工艺通孔；
所述转轴(1)的一端设有用于与涡轮叶轮(2)装配的外螺纹，所述转轴(1)的外螺纹段与其另一端的光轴之间设有轴肩，所述转轴(1)设有外螺纹一端的端面上沿周向均布用来卡住弹性锁紧片(3)上翘的弹簧片的盲孔；
所述涡轮叶轮(2)与转轴(1)连接的一端轮毂上设有内螺纹盲孔，所述涡轮叶轮(2)的内螺纹盲孔底部沿周向均布有用来固定弹性锁紧片(3)的凸台的盲孔；
所述转轴(1)和涡轮叶轮(2)通过螺纹结构连接在一起，所述弹性锁紧片(3)的凸台嵌入在涡轮叶轮(2)的内螺纹盲孔底部的盲孔中，翘起的弹簧片弹入转轴(1)的外螺纹端面的盲孔中；
所述转轴(1)的外螺纹端的端面沿周向均布的盲孔的数量为弹性锁紧片(3)上翘起的弹簧片的数量的正整数倍。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构，其特征在于：所述转轴(1)的外螺纹旋向与涡轮转轴结构工作时的转动方向相同，所述弹性锁紧片(3)翘起的弹簧片的张口方向与涡轮叶轮(2)的内螺纹旋向相同。
3.根据权利要求1、2任一所述的一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构的制造装配工艺，其特征在于包括以下步骤：
a、确定转轴(1)、涡轮叶轮(2)和弹性锁紧片(3)的结构尺寸参数；
b、转轴(1)、涡轮叶轮(2)和弹性锁紧片(3)的加工；
c、涡轮叶轮(2)与弹性锁紧片(3)的装配：将弹性锁紧片(3)的凸台放置在涡轮叶轮(2)内螺纹盲孔底部沿周向均布的盲孔中；
d、进行涡轮叶轮(2)与转轴(1)的螺纹旋紧装配：对涡轮叶轮(2)与转轴(1)进行螺纹旋紧装配，装配时留出进一步旋紧的余量；
e、弹性锁紧片(3)的压紧以及转轴(1)与涡轮叶轮(2)的螺纹连接结构的锁紧。
4.根据权利要求3所述的一种嵌入锁紧式增压器涡轮转轴结构的制造装配工艺，其特征在于：依据涡轮转轴结构的螺纹装配旋紧力矩，对步骤d中已装配在一起的涡轮叶轮(2)和转轴(1)进行进一步的螺纹旋紧，使涡轮叶轮(2)和转轴(1)压紧弹性锁紧片(3)，并使弹性锁紧片(3)上翘起的弹簧片弹入到转轴(1)的外螺纹端面的盲孔中。
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