CN106002284B - 一种车用增压器涡轮转轴结构及其加工装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用增压器涡轮转轴结构，包括转轴、环形锁紧片和涡轮叶轮，所述转轴的一端有外螺纹和螺纹装配定位轴肩，轴肩平面上沿周向均布有盲孔；所述环形锁紧片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；所述涡轮叶轮与转轴连接一端轮毂有和转轴装配的内螺纹盲孔，轮毂端面上沿周向均布有盲孔；所述转轴和涡轮叶轮通过螺纹结构连接在一起；所述环形锁紧片的凸台固定在转轴轴肩的盲孔中，翘起的弹簧片弹入涡轮叶轮轮毂端面的盲孔中；所述转轴和涡轮叶轮通过螺纹装配压紧环形锁紧片，形成完整的涡轮转轴。本发明可以有效保证增压器涡轮转轴的连接强度与可靠性。

Description

一种车用增压器涡轮转轴结构及其加工装配方法
技术领域
本发明属于涡轮增压器结构设计领域，具体涉及一种车用增压器涡轮转轴结构及其加工装配方法。
背景技术
涡轮转轴是车用涡轮增压器的关键组成部件之一，通常由涡轮叶轮和转轴连接而成。目前车用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。对于采用K418材料制造的增压器涡轮叶轮和42CrMo合金钢制造的转轴，目前普遍通过摩擦焊接或电子束焊接工艺实现涡轮叶轮与转轴的连接，形成涡轮转轴。然而，由于K418合金的材料密度较大，由K418合金制造的涡轮叶轮转动惯量也较大，导致废气涡轮增压发动机的瞬态响应性较差。
减少涡轮增压器转子的转动惯量是提高废气涡轮增压发动机的瞬态响应性的有效措施之一。为此，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，还不到K418合金材料密度的50％，同时钛铝合金材料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，如果用钛铝合金、陶瓷等新材料制造增压器涡轮叶轮时，很难采用现有的摩擦焊接工艺或电子束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，为充分保证增压器涡轮转轴的连接强度及其可靠性，涡轮转轴需要采用新型结构。
发明内容
本发明针对增压器涡轮转轴的结构可靠性问题，提出一种车用增压器涡轮转轴结构。
本发明的技术方案：
一种车用增压器涡轮转轴结构，包括转轴、环形锁紧片和涡轮叶轮，所述环形锁紧片的一侧面上沿周向均布有凸台，其另一侧上沿周向均布有一端翘起的弹簧片；
所述转轴的一端设有与涡轮叶轮装配的外螺纹，转轴的中部上设有螺纹装配的定位轴肩，所述定位轴肩的靠近外螺纹的一侧面上沿周向均布有用于卡住环形锁紧片的凸台或弹簧片的盲孔；
所述涡轮叶轮与转轴连接的一端轮毂上设有内螺纹盲孔，涡轮叶轮与转轴连接的一端轮毂端面上沿周向均布有用于卡住环形锁紧片的凸台或弹簧片的盲孔；
所述转轴的外螺纹和涡轮叶轮的内螺纹盲孔旋接在一起；所述转轴的定位轴肩和涡轮叶轮的轮毂端面之间固定环形锁紧片，环形锁紧片两侧的凸台和弹簧片卡入转轴和涡轮叶轮两侧的盲孔内。
进一步的，所述转轴的外螺纹旋向与涡轮转轴工作时的转动方向相同，所述环形锁紧片翘起的弹簧片张口方向与转轴的外螺纹旋向相同。
进一步的，所述涡轮叶轮的一端轮毂端面上沿周向均布盲孔的数量为环形锁紧片上翘起的弹簧片数量的正整数倍。
进一步的，所述环形锁紧片一侧的凸台固定在转轴的定位轴肩平面上的盲孔中，另一侧翘起的弹簧片弹入涡轮叶轮的轮毂端面上的盲孔中。
本发明的有益效果是：
发明的车用增压器涡轮转轴结构，采用环形锁紧片对通过螺纹结构装配在一起的转轴与涡轮叶轮进行锁紧，实现涡轮转轴的可靠连接，有效地解决涡轮转轴的结构可靠性问题。环形锁紧片一侧沿周向均布有固定在转轴盲孔中的凸台，可以保证环形锁紧片相对于转轴不发生转动，另一侧沿周向均布有翘起的弹簧片且翘起的弹簧片张口方向与转轴外螺纹旋向相同，能够在不妨碍涡轮叶轮与转轴进行螺纹旋紧装配的前提下，实现对涡轮转轴的锁紧；被压紧的环形锁紧片能够产生作用于涡轮叶轮与转轴的轴向力，可以防止涡轮转轴发生松脱，进一步提高涡轮转轴的连接强度与可靠性。涡轮叶轮与转轴连接的一端轮毂端面沿周向均布盲孔的数量为环形锁紧片上翘起弹簧片数量的正整数倍，可以保证涡轮转轴的螺纹装配结构即使存在一定的制造误差也能够实现锁紧。
本发明的另一目的在于提出一种车用增压器涡轮转轴结构的加工装配方法。
技术方案是这样实现的：
一种车用增压器涡轮转轴结构的加工装配方法，包括以下步骤：
a、根据增压器涡轮叶轮、转轴以及轴承体的结构参数，确定转轴、环形锁紧片和涡轮叶轮装配部位的尺寸参数；
b、根据增压器涡轮转轴工作与装配过程中承受的最大扭矩以及环形锁紧片的结构参数，确定环形锁紧片上的凸台和翘起弹簧片的数量；
c、确定转轴定位轴肩D平面上沿周向均布盲孔的数量和涡轮叶轮靠近转轴一侧轮毂端面上沿周向均布盲孔的数量；
d、转轴、环形锁紧片和涡轮叶轮的加工；
e、转轴与环形锁紧片的装配；
f、涡轮叶轮与转轴的螺纹装配；
g、环形锁紧片的压紧以及转轴与涡轮叶轮螺纹连接结构的锁紧。
所述加工装配方法与上述车用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涡轮转轴结构示意图。
图2是本发明实施例所述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环形锁紧片结构示意图。
图6是本发明实施例所述环形锁紧片结构示意图。
图7是本发明实施例所述涡轮叶轮结构示意图。
图8是本发明实施例所述涡轮叶轮结构示意图。
1转轴 2环形锁紧片 3涡轮叶轮
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。
一种车用增压器涡轮转轴结构，如图1、2所示，包括转轴1、环形锁紧片2和涡轮叶轮3，所述环形锁紧片2的一侧沿周向均布有将其固定在转轴1上的凸台，所述环形锁紧片2的另一侧沿周向均布有一端翘起的弹簧片，所述环形锁紧片2翘起的弹簧片张口方向与转轴1的外螺纹旋向相同，如图5和6所示；
所述转轴1的一端有与涡轮叶轮3装配的外螺纹，所述转轴1上有螺纹装配的定位轴肩，所述转轴1的定位轴肩靠近外螺纹一侧的平面上沿周向均布有用于固定环形锁紧片2的盲孔，如图3和4所示；所述涡轮叶轮3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3与转轴1连接的一端轮毂端面上沿周向均布有卡住环形锁紧片2上翘起弹簧片的盲孔，如图7和8所示；
所述转轴1和涡轮叶轮3通过螺纹结构连接在一起；所述环形锁紧片2一侧的凸台固定在转轴1轴肩D平面上的盲孔中，另一侧翘起的弹簧片弹入涡轮叶轮3靠近轴端轮毂端面的盲孔中，实现对转轴1和涡轮叶轮3螺纹连接结构的锁紧；所述转轴1和涡轮叶轮3通过螺纹装配压紧环形锁紧片2，形成完整的涡轮转轴。
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，所述环形锁紧片2翘起的弹簧片张口方向与转轴1的外螺纹旋向相同。
所述涡轮叶轮3的一端轮毂端面上沿周向均布盲孔的数量为环形锁紧片2上翘起的弹簧片数量的正整数倍。
上述车用增压器涡轮转轴结构的加工装配方法，包括以下步骤：
a、确定转轴1、环形锁紧片2和涡轮叶轮3装配部位的尺寸参数：
根据增压器涡轮叶轮3、转轴1以及轴承体的结构参数，确定转轴1与涡轮叶轮3相装配的外螺纹尺寸、转轴1的定位轴肩及其靠近外螺纹的外平面上沿周向均布盲孔的尺寸，转轴1的外螺纹旋向与涡轮转轴工作时的转动方向相同，确定环形锁紧片2的尺寸，环形锁紧片2上均布弹簧片张口方向与转轴1的外螺纹旋向相同，确定涡轮叶轮3与转轴1的装配的内螺纹盲孔尺寸和靠近转轴1一侧的轮毂端面上沿周向均布的盲孔尺寸；
例如，某增压器涡轮叶轮3的直径为Ф95mm，轴承体涡轮端轴孔直径为Ф27mm，根据涡轮叶轮3、转轴1和轴承体的结构参数，确定的转轴1的外螺纹尺寸为M16×1-p6p6-LH，转轴1的定位轴肩平面上沿周向均布盲孔的直径为Ф2mm、深度为2mm，确定的环形锁紧片2的内径为Ф17mm、外径为Ф27mm、凸台高度为1.8mm、均布弹簧片张口方向为左旋，确定的涡轮叶轮3的内螺纹尺寸为M16×1-H7H7-LH、涡轮叶轮3靠近转轴1一侧轮毂端面上沿周向均布盲孔的直径为Ф2mm、深度为2mm；
b、确定环形锁紧片2上的凸台和翘起弹簧片的数量：
根据增压器涡轮转轴工作与装配过程中承受的最大扭矩以及环形锁紧片2的结构参数，确定环形锁紧片2上凸台和翘起弹簧片的数量；
本实施例根据增压器涡轮转轴工作与装配过程中承受的最大扭矩以及环形锁紧片2的结构参数，确定的环形锁紧片2上的凸台数量为2个、翘起弹簧片的数量为2个；
c、确定转轴1的定位轴肩一侧平面上沿周向均布盲孔的数量和涡轮叶轮3靠近转轴1一侧轮毂端面上沿周向均布盲孔的数量：
转轴1的定位轴肩平面上沿周向均布盲孔的数量与环形锁紧片2上凸台的数量相同，涡轮叶轮3靠近转轴1一侧轮毂端面上沿周向均布盲孔的数量为环形锁紧片2上翘起弹簧片数量的正整数倍；
d、转轴1、环形锁紧片2和涡轮叶轮3的加工：
按照步骤a、步骤b和步骤c确定的转轴、环形锁紧片和涡轮叶轮结构参数，进行转轴1的外螺纹和定位轴肩及其平面上盲孔的加工，进行环形锁紧片2的加工，进行涡轮叶轮3的内螺纹盲孔以及靠近转轴1一侧的轮毂端面上沿周向均布盲孔的加工；
e、转轴1与环形锁紧片2的装配：将环形锁紧片2的凸台插入转轴1的盲孔中，把环形锁紧片2固定在转轴1上；
f、涡轮叶轮3与转轴1的螺纹装配：对涡轮叶轮3与转轴1进行螺纹装配，装配时留出进一步旋紧的余量；
g、环形锁紧片2的压紧以及转轴1与涡轮叶轮3螺纹连接结构的锁紧：按照涡轮转轴的螺纹装配旋紧扭矩，对步骤f中通过螺纹装配在一起的涡轮叶轮3和转轴1进行进一步旋紧，使涡轮叶轮3和转轴1压紧环形锁紧片2，并使环形锁紧片2上的弹簧片弹入到涡轮叶轮3的轮毂端面上的盲孔中。
本发明根据增压器涡轮叶轮3、转轴1和轴承体的结构尺寸参数，通过合理设计转轴1、环形锁紧片2与涡轮叶轮3的结构尺寸，首先将环形锁紧片2固定在转轴1上，然后进行涡轮叶轮3与转轴1的螺纹旋紧装配，通过环形锁紧片2实现对涡轮转轴螺纹连接结构的锁紧。该涡轮转轴结构能够实现增压器涡轮叶轮3与转轴1的可靠连接，可以有效保证涡轮转轴的连接强度与可靠性。
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)

1.一种车用增压器涡轮转轴结构，其特征在于：包括转轴(1)、环形锁紧片(2)和涡轮叶轮(3)，
所述环形锁紧片(2)的一侧面上沿周向均布有凸台，其另一侧上沿周向均布有一端翘起的弹簧片；
所述转轴(1)的一端设有与涡轮叶轮(3)装配的外螺纹，转轴(1)的中部上设有螺纹装配的定位轴肩，所述定位轴肩的靠近外螺纹的一侧面上沿周向均布有用于卡住环形锁紧片(2)的凸台的盲孔；
所述涡轮叶轮(3)与转轴(1)连接的一端轮毂上设有内螺纹盲孔，涡轮叶轮(3)与转轴(1)连接的一端轮毂端面上沿周向均布有用于卡住环形锁紧片(2)的弹簧片的盲孔；
所述转轴(1)的外螺纹和涡轮叶轮(3)的内螺纹盲孔旋接在一起；所述转轴(1)的定位轴肩和涡轮叶轮(3)的轮毂端面之间固定环形锁紧片(2)，环形锁紧片(2)两侧的凸台和弹簧片分别卡入转轴(1)和涡轮叶轮(3)的盲孔内；
所述涡轮叶轮(3)的一端轮毂端面上沿周向均布盲孔的数量为环形锁紧片(2)上翘起的弹簧片数量的正整数倍；
所述环形锁紧片(2)一侧的凸台固定在转轴(1)的定位轴肩平面上的盲孔中，另一侧翘起的弹簧片弹入涡轮叶轮(3)的轮毂端面上的盲孔中。
2.根据权利要求1所述的一种车用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工作时的转动方向相同，所述环形锁紧片(2)翘起的弹簧片张口方向与转轴(1)的外螺纹旋向相同。
3.根据权利要求1、2任一所述的一种车用增压器涡轮转轴结构的加工装配方法，其特征在于包括以下步骤：
a、根据增压器涡轮叶轮(3)、转轴(1)以及轴承体的结构参数，确定转轴(1)、环形锁紧片(2)和涡轮叶轮(3)装配部位的尺寸参数；
b、根据转轴(1)工作与装配过程中承受的最大扭矩以及环形锁紧片(2)的结构参数，确定环形锁紧片(2)上的凸台和翘起弹簧片的数量；
c、确定转轴(1)的定位轴肩平面上沿周向均布盲孔的数量和涡轮叶轮(3)靠近转轴(1)一侧轮毂端面上沿周向均布盲孔的数量；
d、根据步骤a、b、c确定的参数，进行转轴(1)、环形锁紧片(2)和涡轮叶轮(3)的加工；
e、将环形锁紧片(2)的凸台插入转轴(1)的盲孔中，把环形锁紧片(2)固定在转轴(1)上；
f、对涡轮叶轮(3)与转轴(1)进行螺纹装配，装配时留出进一步旋紧的余量；
g、环形锁紧片(2)的压紧以及转轴(1)与涡轮叶轮(3)的螺纹连接结构的锁紧。
4.根据权利要求3所述的一种车用增压器涡轮转轴结构的加工装配方法，其特征在于：步骤g中是对步骤f中通过螺纹装配在一起的涡轮叶轮(3)和转轴(1)进行进一步旋紧，使涡轮叶轮(3)和转轴(1)压紧环形锁紧片(2)，并使环形锁紧片(2)上的弹簧片弹入到涡轮叶轮(3)轮毂端面上的盲孔中。
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