CN106988784A - 一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺 - Google Patents

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王增全
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Abstract

本发明涉及一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺，包括涡轮、转轴和自锁环，所述涡轮上有内螺纹盲孔、光孔、环槽和导向倒角，所述转轴上有外螺纹、定位轴肩、光轴、环槽，所述自锁环为弹性开口环并有导向倒角。通过合理确定涡轮、转轴和自锁环的结构尺寸，并进行涡轮、转轴和自锁环的加工，然后将涡轮、转轴和自锁环装配在一起，进而形成完整的涡轮转轴。该发明能够有效地解决增压器涡轮采用陶瓷、钛铝合金等新材料时所面临的涡轮转轴连接问题，可以实现增压器涡轮转轴的可靠连接，充分保证涡轮转轴的连接强度与刚度。

Description

一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺
技术领域
本发明属于涡轮增压器结构设计领域，具体涉及一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺。
背景技术
涡轮增压器是涡轮增压发动机的关键部件之一，涡轮转轴作为涡轮增压器的核心部件，主要由涡轮和转轴连接而成。目前，增压器涡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和42CrMo合金钢制造的转轴，可以采用摩擦焊接或电子束焊接工艺实现涡轮与转轴的可靠连接，形成涡轮转轴。然而，由于K418合金材料密度较大，由K418合金制造的涡轮转动惯量也相应较大，导致涡轮增压发动机的瞬态响应性较差。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和改善发动机的低速性能，增压器涡轮可以采用密度较小的钛铝合金、陶瓷等新材料。
同时，对于汽油发动机所使用的涡轮增压器而言，由于增压器涡轮进口温度在1000℃以上，传统的镍基高温合金K418材料将难以满足使用要求，陶瓷等新材料应用于汽油发动机涡轮增压器不仅可以满足使用温度要求，而且可以降低涡轮的转动惯量，提高涡轮增压发动机的瞬态响应性。
但是，当增压器涡轮采用陶瓷、钛铝合金等新材料时，很难采用摩擦焊接工艺或电子束焊接工艺实现增压器涡轮转轴的可靠连接。因此，当增压器涡轮采用陶瓷、钛铝合金等新材料制造时，涡轮转轴需要采用新结构与新工艺，以充分保证增压器涡轮转轴的可靠性。
发明内容
本发明提出一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺。可实现对涡轮转轴连接结构的锁紧，进而形成完整的涡轮转轴。
本发明的技术方案：
一种径流式增压器涡轮转轴结构，包括涡轮、转轴和自锁环，所述涡轮与转轴连接的一端设有涡轮内螺纹盲孔，所述涡轮内螺纹盲孔的底部设有工艺环槽；所述涡轮靠近转轴的端面与涡轮内螺纹盲孔之间设有一段涡轮光孔，所述涡轮光孔上开有用于装配自锁环的涡轮环槽，所述涡轮光孔的直径大于涡轮内螺纹盲孔的内螺纹底径，所述涡轮光孔靠近转轴的端面有用于装配的涡轮导向倒角；
所述转轴与涡轮连接的一端设有同涡轮内螺纹盲孔相装配的转轴外螺纹；所述转轴与涡轮连接的一端设有定位轴肩，所述转轴上有同涡轮光孔相装配的转轴光轴，所述转轴光轴的直径大于转轴外螺纹的螺纹顶径，所述转轴光轴上开有装配自锁环的转轴环槽，所述转轴光轴与转轴外螺纹之间设有过渡圆角；
所述自锁环为弹性开口环，所述自锁环靠近涡轮的一侧有用于装配的自锁环导向倒角，所述自锁环的自锁环导向倒角的倒角角度同涡轮导向倒角的倒角角度相同；
所述转轴与涡轮通过转轴外螺纹和涡轮内螺纹盲孔旋接在一起，所述自锁环装配在涡轮环槽和转轴环槽中。
进一步的，所述涡轮内螺纹盲孔的螺纹旋向同涡轮转轴结构工作时的转动方向相反。
进一步的，所述自锁环导向倒角朝向涡轮的一侧。
上述径流式增压器涡轮转轴结构的成型工艺，包括以下步骤：
a、确定涡轮、转轴和自锁环的尺寸参数：根据增压器的涡轮转轴和轴承体的结构参数，确定涡轮同转轴和自锁环装配的内螺纹盲孔、光孔、环槽与导向倒角的尺寸，确定转轴同涡轮和自锁环装配的外螺纹、光轴、过渡圆角、环槽与轴肩的尺寸，确定自锁环的内径、外径、宽度、开口角度和导向倒角的尺寸；
b、涡轮、转轴和自锁环的加工：按照步骤a确定的涡轮、转轴和自锁环的结构尺寸参数，进行涡轮内螺纹盲孔、光孔、环槽与导向倒角的加工，进行转轴外螺纹、光轴、过渡圆角、环槽与轴肩的加工，进行自锁环的加工；
c、转轴与自锁环的装配：将自锁环放置在转轴的环槽中，自锁环的导向倒角朝向涡轮一侧，如图5所示；
d、涡轮与转轴的螺纹旋紧装配：将步骤c中装有自锁环的转轴同涡轮通过螺纹旋紧装配在一起，保证自锁环装配在涡轮的环槽和转轴的环槽中，实现对涡轮转轴连接结构的锁紧，形成完整的涡轮转轴，如图5所示。
本发明的有益效果是：
一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺，采用螺纹与自锁环组合结构，根据增压器涡轮转轴与轴承体的结构参数，在合理确定涡轮、转轴和自锁环尺寸参数的基础上，通过涡轮、转轴和自锁环的加工与装配，可以实现增压器涡轮转轴的可靠连接，能够有效地解决增压器涡轮采用陶瓷、钛铝合金等新材料时所面临的涡轮转轴连接问题。涡轮采用内螺纹可以大幅度降低增压器涡轮轮毂部位的应力，提高涡轮的许用工作转速。将自锁环分别装配在涡轮和转轴的环槽中，可以实现涡轮与转轴螺纹连接结构的锁紧，防止涡轮与转轴的螺纹连接结构发生松脱。涡轮与自锁环上均有导向倒角，便于涡轮、转轴和自锁环之间的装配。转轴上的定位轴肩可有效提高涡轮转轴的连接刚度。
附图说明
图1是涡轮结构示意图。
图2是转轴结构示意图。
图3是自锁环结构示意图。
图4是自锁环结构示意图。
图5是径流式增压器涡轮转轴结构示意图。
1涡轮 2转轴 3自锁环 4涡轮内螺纹盲孔 5涡轮光孔
6涡轮环槽 7涡轮导向倒角 8转轴外螺纹 9转轴定位轴肩
10转轴光轴 11转轴环槽 12自锁环导向倒角
具体实施方式
一种径流式增压器涡轮转轴结构，包括涡轮1、转轴2和自锁环3，如图1所示，所述涡轮1与转轴2连接的一端设有涡轮内螺纹盲孔4，所述涡轮内螺纹盲孔4的底部设有工艺环槽，所述涡轮1的内螺纹盲孔4的螺纹旋向同涡轮转轴工作时的转动方向相反；所述涡轮1靠近转轴2的端面与涡轮内螺纹盲孔4之间设有一段涡轮光孔5，所述涡轮光孔5上开有用于装配自锁环3的涡轮环槽6，所述涡轮光孔5的直径大于涡轮内螺纹盲孔4的内螺纹底径，所述涡轮光孔5靠近转轴2的端面有用于装配的涡轮导向倒角7，所述涡轮导向倒角7的倒角角度推荐值为15°-30°；如图2所示，所述转轴2与涡轮1连接的一端设有同涡轮内螺纹盲孔4相装配的转轴外螺纹8；所述转轴2与涡轮1连接的一端设有定位轴肩9，所述转轴2上有同涡轮光孔5相装配的转轴光轴10，所述转轴光轴10的直径大于转轴外螺纹8的螺纹顶径，所述转轴光轴10上开有装配自锁环3的转轴环槽11，所述转轴光轴10与转轴外螺纹8之间设有过渡圆角；如图3、图4所示，所述自锁环3为弹性开口环，所述自锁环3靠近涡轮1的一侧有用于装配的自锁环导向倒角12，所述自锁环导向倒角12朝向涡轮1的一侧；所述自锁环3的自锁环导向倒角12的倒角角度同涡轮导向倒角7的倒角角度相同；如图5所示，所述转轴2与涡轮1通过转轴外螺纹8和涡轮内螺纹盲孔4旋接在一起，所述自锁环3装配在涡轮环槽6和转轴环槽11中。
上述径流式增压器涡轮转轴结构的成型工艺，包括以下步骤：
a、确定涡轮1、转轴2和自锁环3的尺寸参数：根据增压器的涡轮转轴和轴承体的结构参数，确定涡轮1同转轴2和自锁环3装配的涡轮内螺纹盲孔4、涡轮光孔5、涡轮环槽6与涡轮导向倒角7的尺寸；确定转轴2同涡轮1和自锁环3装配的转轴外螺纹8、转轴光轴10、转轴过渡圆角、转轴环槽11与转轴定位轴肩9的尺寸，确定自锁环3的内径、外径、宽度、开口角度和自锁环导向倒角12的尺寸。例如，某增压器涡轮直径为Ф95mm，轴承体涡轮端轴孔直径为Ф27mm,涡轮转轴工作时的旋转方向为右旋，根据涡轮转轴和轴承体的结构参数，确定的涡轮内螺纹盲孔4的尺寸为M12×1-H7H7-LH，涡轮光孔5的直径为Ф14mm，涡轮环槽6的深为1.7mm、宽为1.5mm，涡轮导向倒角7的角度为30°；确定的转轴外螺纹8的尺寸为M12×1-p6p6-LH，转轴光轴10的尺寸为Ф14mm，转轴环槽11的深为2.2mm、宽为1.5mm，转轴定位轴肩9的直径为Ф26mm；确定的自锁环3在装配状态下的内径为Ф16mm、外径为Ф12mm、宽度为1.5mm、自锁环导向倒角12的角度为30°。
b、涡轮1、转轴2和自锁环3的加工：按照步骤a确定的涡轮1、转轴2和自锁环3的结构尺寸参数，进行涡轮1的涡轮内螺纹盲孔4、涡轮光孔5、涡轮环槽6与涡轮导向倒角7的加工，进行转轴2的转轴外螺纹8、转轴光轴10、过渡圆角、转轴环槽11与转轴定位轴肩11的加工，进行自锁环3的加工；
c、转轴2与自锁环3的装配：将自锁环3放置在转轴环槽11中，自锁环导向倒角12朝向涡轮1的一侧，如图5所示；
d、涡轮1与转轴2的螺纹旋紧装配：将步骤c中装有自锁环3的转轴2同涡轮1通过螺纹旋紧装配在一起，保证自锁环3装配在涡轮环槽6和转轴环槽11中，实现对涡轮转轴连接结构的锁紧，形成完整的涡轮转轴，如图5所示。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种径流式增压器涡轮转轴结构，其特征在于：包括涡轮、转轴和自锁环，所述涡轮与转轴连接的一端设有涡轮内螺纹盲孔，所述涡轮内螺纹盲孔的底部设有工艺环槽；所述涡轮靠近转轴的端面与涡轮内螺纹盲孔之间设有一段涡轮光孔，所述涡轮光孔上开有用于装配自锁环的涡轮环槽，所述涡轮光孔的直径大于涡轮内螺纹盲孔的内螺纹底径，所述涡轮光孔靠近转轴的端面有用于装配的涡轮导向倒角；
所述转轴与涡轮连接的一端设有同涡轮内螺纹盲孔相装配的转轴外螺纹；所述转轴与涡轮连接的一端设有定位轴肩，所述转轴上有同涡轮光孔相装配的转轴光轴，所述转轴光轴的直径大于转轴外螺纹的螺纹顶径，所述转轴光轴上开有装配自锁环的转轴环槽，所述转轴光轴与转轴外螺纹之间设有过渡圆角；
所述自锁环为弹性开口环，所述自锁环靠近涡轮的一侧有用于装配的自锁环导向倒角，所述自锁环的自锁环导向倒角的倒角角度同涡轮导向倒角的倒角角度相同；
所述转轴与涡轮通过转轴外螺纹和涡轮内螺纹盲孔旋接在一起，所述自锁环装配在涡轮环槽和转轴环槽中。
2.根据权利要求1所述的一种径流式增压器涡轮转轴结构，其特征在于：所述涡轮内螺纹盲孔的螺纹旋向同涡轮转轴结构工作时的转动方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种径流式增压器涡轮转轴结构，其特征在于：所述自锁环导向倒角朝向涡轮的一侧。
4.根据权利要求1所述的径流式增压器涡轮转轴结构的成型工艺，包括以下步骤：
a、确定涡轮、转轴和自锁环的尺寸参数；
b、涡轮、转轴和自锁环的加工；
c、转轴与自锁环的装配；
d、涡轮与转轴的螺纹旋紧装配。
5.根据权利要求4所述的成型工艺，其特征在于：在步骤c中将自锁环放置在转轴环槽中，自锁环导向倒角朝向涡轮一侧。
6.根据权利要求4所述的成型工艺，其特征在于：在步骤d中将步骤c中装有自锁环的转轴同涡轮通过螺纹旋紧装配在一起，保证自锁环装配在涡轮环槽和转轴环槽中，实现对涡轮转轴连接结构的锁紧。
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