CN108869393B - 一种高强度车用增压器压气机叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涡轮增压技术领域，提供了一种高强度车用增压器压气机叶轮，包括轮毂、轴孔、轮背，所述轮毂上方一侧布有主流叶片和分流叶片，所述轮毂的另一侧为轮背，所述轮背轮廓采用多根直线段连接而成。通过有限元法计算得出，采用多根直线段连接而成的轮背形状在叶片根部的离心应力数值、失效区域范围均小于圆弧形状的轮背结构，证明本发明提供的技术方案能够解决叶轮在离心载荷作用下对叶片根部易形成高周疲劳或低周疲劳问题，提高叶片的结构强度。
Description
技术领域
本发明属于涡轮增压技术领域，具体涉及一种高强度车用增压器压气机叶轮。
背景技术
涡轮增压器的出现，极大的促进了内燃机的发展，被誉为内燃机发展史上的第二个里程碑。涡轮增压器是一种叶片式的旋转机械构件，主要由压气机和涡轮组成，利用发动机排出的高温、高压废气，在涡轮中膨胀做功并驱动涡轮旋转，带动同轴的压气机叶轮高速旋转，新鲜空气通过压气机叶轮的转动被吸入并压缩后，进入发动机气缸，由于增加了充气量，空气密度增大，从而使更多的燃油充分燃烧，使发动机在尺寸不变的条件下提高了功率。
涡轮旋转带动同轴的叶轮做高速旋转压缩新鲜空气，被压缩气体压力和温度均升高。叶轮在压缩空气时会受到高速旋转的离心载荷作用及高压气体带来的压力载荷作用，又因空气被压缩温度升高，叶轮还受到温度载荷的作用，叶轮在此过程中受力复杂，对叶片的冲击尤其叶片根部的强度考验更为苛刻。叶片根部受到多种复杂应力的作用容易疲劳产生裂纹甚至断裂，而叶轮寿命决定着增压器涡轮转子的寿命，对增压器整机甚至发动机性能都有较大影响。
压气机叶轮在工作过程中受到离心载荷、温度载荷以及气动载荷的影响，而离心载荷对压气机叶轮的应力影响最大，是决定压气机叶轮应力的主要因素。压气机叶轮在离心载荷作用下的最大应力通常会出现在叶片叶根处、轮背和叶轮的轴孔处等部位，最大应力出现的具体位置与叶轮的具体结构形状有关。而轮背和轴孔处的应力可通过在轮背上增加加强筋等措施得以改善，但此种结构对叶片叶根处的离心应力的改善未有显著效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度车用增压器压气机叶轮，用于解决叶轮在离心载荷作用下对叶片根部易形成高周疲劳或低周疲劳问题，提高叶片的结构强度。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高强度车用增压器压气机叶轮，包括轮毂、轴孔、轮背，所述轮毂上方一侧布有主流叶片和分流叶片，所述轮毂的另一侧为轮背，所述轮背的轮廓采用多根直线段连接而成，相邻两根直线段之间的夹角为钝角。
在一个实施例中，所述轮毂上方一侧布有七个主流叶片和七个分流叶片。
本发明基于传统的压气机叶轮整体结构，仅对叶轮的轮背的轮廓形进行重新调整优化，传统的叶轮轮背为圆弧结构（参见图1），本发明设计的轮背结构是采用多根直线段连接而成。有限元法是计算离心应力的一种行之有效的方法，在很多场合得到了有效应用和验证，通过有限元法计算得出，采用多根直线段连接而成的轮背形状在叶片根部的离心应力数值、失效区域范围均小于圆弧形状的轮背结构，证明本发明提供的技术方案能够解决叶轮在离心载荷作用下对叶片根部易形成高周疲劳或低周疲劳问题，提高叶片的结构强度。
附图说明
图1是传统的增压器压气机叶轮结构示意图；
图2是本发明实施例中增压器压气机叶轮结构示意图；
附图标记为：
1——轴孔 2——轮毂 3——主流叶片
4——轮背 5——叶轮凸台。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。
如图2所示的一种增压器压气机叶轮，包括轮毂2、轴孔1、轮背4，所述轮毂2上方一侧布有七个主流叶片3和七个分流叶片，所述轮毂的另一侧为轮背4，所述轮背4的轮廓采用多根直线段连接而成，相邻两根直线段之间的夹角为钝角。
使用时，将叶轮安装在涡轮转轴上，涡轮转轴穿过叶轮轴孔1，叶轮以过盈配合的方式嵌合在涡轮转轴上的凹槽内，在涡轮转轴上贴紧叶轮凸台5上方的位置安装锁紧螺母，用于固定叶轮并防止叶轮在涡轮转轴上窜动。
压气机叶轮高速旋转受到离心载荷的作用，载荷的大小与其转速的二次方成正比。离心载荷是压气机叶轮承受的主要载荷，对压气机叶轮的强度有重要影响。压气机叶轮在离心载荷作用下的最大应力通常会出现在叶片叶根处、轮背和叶轮的轴孔处等部位，本实施例旨在通过改变叶轮的轮背结构来解决叶片根部的应力。有限元法是计算离心应力的一种行之有效的方法，在很多场合得到了有效应用和验证，通过有限元法计算得出，采用多根直线段连接而成的轮背形状在叶片根部的离心应力数值、失效区域范围均小于圆弧形状的轮背结构，证明本发明提供的技术方案能够解决叶轮在离心载荷作用下对叶片根部易形成高周疲劳或低周疲劳问题，提高叶片的结构强度。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (2)
1.一种高强度车用增压器压气机叶轮，包括轮毂（2）、轴孔（1）、轮背（4），所述轮毂（2）上方一侧布有主流叶片（3）和分流叶片，所述轮毂（2）的另一侧为轮背（4），其特征在于：所述轮背（4）的轮廓采用三根以上的直线段连接而成，相邻两根直线段之间的夹角为钝角，使轮背（4）的轮廓线整体呈内凹状。
2.如权利要求1所述的高强度车用增压器压气机叶轮，其特征在于：所述轮毂（2）上方一侧布有七个主流叶片（3）和七个分流叶片。
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Publications (2)
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| CN108869393A CN108869393A (zh) | 2018-11-23 |
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| CN102444614A (zh) * | 2010-09-30 | 2012-05-09 | 株式会社神户制钢所 | 离心式流体机械用转子 |
| CN208565063U (zh) * | 2018-08-16 | 2019-03-01 | 湖南天雁机械有限责任公司 | 一种高强度车用增压器压气机叶轮 |
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2018
- 2018-08-16 CN CN201810937046.4A patent/CN108869393B/zh active Active
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