CN109072776A - 旋转体及增压器 - Google Patents

Abstract

旋转体具备：叶轮，其具有主体部(21)、设于主体部(21)的背面(21b)的被焊接面(23)、设于主体部(21)中比被焊接面(23)靠径向内侧且从被焊接面(23)凹陷的凹陷部(24)、以及设于主体部(21)中比凹陷部(24)靠径向内侧且从凹陷部(24)的底面(24a)突出的加强部(25)；以及轴(8)，其具有与被焊接面(23)焊接的焊接面(27)、以及突出部(28)，该突出部(28)设于比焊接面(27)靠径向内侧且从焊接面(27)向叶轮侧突出并插入凹陷部(24)，上述轴在比突出部(28)靠径向内侧供加强部(25)的前端插入。

Description

旋转体及增压器

技术领域

本发明涉及具备轴和叶轮的旋转体、及增压器。

背景技术

以往，已知有轴旋转自如地轴支承于轴承外壳的增压器。在轴的一端设置涡轮机叶轮。在轴的另一端设置压缩机叶轮。将这样的增压器连接于发动机。通过从发动机排出的尾气，涡轮机叶轮旋转。通过涡轮机叶轮的旋转，经由轴而使压缩机叶轮旋转。于是，增压器随着压缩机叶轮的旋转压缩空气，并送出至发动机。

专利文献1记载了叶轮与轴的焊接构造。具体而言，在设于叶轮的背面的凹陷部插入有形成于轴的前端的插入部。另外，在轴中插入部的基端侧，在突出至比凹陷部靠径向外侧的部位形成有焊接面。该轴的焊接面与叶轮的背面在轴向上抵接。通过电子束对焊接面进行焊接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－194528号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，叶轮的外径比轴大。作用于叶轮的离心力比作用于轴的离心力大。因此，若焊接部分的随着离心力的叶轮与轴的位移差变大，则倾向于应力集中。例如，在专利文献1的结构中，在轴的插入部形成有沿轴向凹陷的空间，轴的焊接部分的刚性降低。轴容易追随叶轮的位移，抑制叶轮与轴的位移差的增大。但是，为了应对以后轴的转速的高速化等要求，需要进一步缓解向轴与叶轮的焊接部分的应力集中。

本公开的目的在于提供能够缓解轴与叶轮的焊接部分的应力集中的旋转体及增压器。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本公开的一方案的旋转体具备：叶轮，其具有主体部、设于主体部的背面的被焊接面、设于主体部中比被焊接面靠径向内侧且从被焊接面凹陷的凹陷部、以及设于主体部中比凹陷部靠径向内侧且从凹陷部的底面突出的加强部；以及轴，其具有与被焊接面焊接的焊接面、以及突出部，该突出部设于比焊接面靠径向内侧且从焊接面向叶轮侧突出并插入凹陷部，上述轴在比突出部靠径向内侧供加强部的前端插入。

被焊接面也可以比主体部中位于径向最外侧的最外周部突出。

凹陷部及突出部也可以形成为环状。

加强部也可以为在被焊接面以上的突出高度。

突出部也可以连续地形成于焊接面，且径向外侧的面与凹陷部的内壁面抵接。

为了解决上述课题，本公开的一方案的增压器的特征在于具备上述旋转体。

发明的效果

根据本公开，能够缓解轴与叶轮的焊接部分的应力集中。

附图说明

图1是增压器的概略剖视图。

图2是用于说明涡轮机轴的说明图。

图3中，图3(a)是图3(b)的轴的IIIa向视图。图3(b)是图2的虚线IIIb部分的含有轴的中心轴的截面构造的提取图。

图4是放大了图3(b)的虚线部分的提取图。

图5中，图5(a)是图5(b)的轴的Va向视图。图5(b)是第一变形例的与图3(b)对应的部位的截面。

图6中，图6(a)是图6(b)的轴的VIa向视图。图6(b)是第二变形例的与图3(b)对应的部位的截面。

具体实施方式

以下，参照附图，对本公开的实施方式详细地进行说明。该实施方式所示的尺寸、材料、其它具体的数值等，只是用于容易理解的示例，除非另有明确说明，否则不限定本公开。此外，在本说明书及附图中，对于实质上具有相同的功能、结构的单元，标注相同的符号，从而省略重复说明。另外，对于与本公开无直接关系的要件，省略图示。

图1是增压器C的概略剖视图。以下，将图1所示的箭头L方向设为增压器C的左侧进行说明。将图1所示的箭头R方向设为增压器C的右侧进行说明。如图1所示，增压器C具备增压器主体1。增压器主体1具备轴承外壳2。在轴承外壳2的左侧的一端面通过紧固螺栓3安装涡轮机外壳4。在轴承外壳2的右侧的一端面通过紧固螺栓5安装压缩机外壳6。

在轴承外壳2形成有轴承孔2a。轴承孔2a沿增压器C的左右方向贯通。在轴承孔2a设置径向轴承7(在本实施方式中，作为一例，在图1中表示全浮动式轴承)。通过径向轴承7，旋转自如地轴支承轴8。在轴8的左端部设置涡轮机叶轮9(叶轮)。涡轮机叶轮9旋转自如地容纳于涡轮机外壳4内。另外，在轴8的右端部设置压缩机叶轮10。压缩机叶轮10旋转自如地容纳于压缩机外壳6内。

在压缩机外壳6形成有吸气口11。吸气口11向增压器C的右侧开口。吸气口11与未图示的空气过滤器连接。另外，在通过紧固螺栓5连结轴承外壳2和压缩机外壳6的状态下，形成扩散器流路12。扩散器流路12由轴承外壳2与压缩机外壳6的对置面形成。扩散器流路12对空气进行升压。扩散器流路12从轴8的径向内侧朝向外侧形成为环状。扩散器流路12在轴8的径向内侧经由压缩机叶轮10与吸气口11连通。

另外，在压缩机外壳6设有压缩机涡旋流路13。压缩机涡旋流路13为环状。压缩机涡旋流路13位于比扩散器流路12靠轴8的径向外侧。压缩机涡旋流路13与未图示的发动机的吸气口连通。压缩机涡旋流路13还与扩散器流路12连通。因此，若压缩机叶轮10旋转，则从吸气口11向压缩机外壳6内吸入空气。吸入的空气在流通于压缩机叶轮10的叶片间的过程中由于离心力的作用而加速。加速后的空气在扩散器流路12及压缩机涡旋流路13升压，然后被引导至发动机的吸气口。

在涡轮机外壳4形成有吐出口14。吐出口14向增压器C的左侧开口。吐出口14与未图示的尾气净化装置连接。另外，在涡轮机外壳4设有流路15和涡轮机涡旋流路16。涡轮机涡旋流路16为环状。涡轮机涡旋流路16位于比流路15靠涡轮机叶轮9的径向外侧。涡轮机涡旋流路16与未图示的气体流入口连通。气体流入口引导从未图示的发动机的排气歧管排出的尾气。涡轮机涡旋流路16还与流路15连通。因此，从气体流入口引导至涡轮机涡旋流路16的尾气经由流路15及涡轮机叶轮9的叶片间(后述的多个叶片22之间)引导至吐出口14。向吐出口14引导的空气在其流通过程中使涡轮机叶轮9旋转。

并且，上述涡轮机叶轮9的旋转力经由轴8传递至压缩机叶轮10。如上所述，空气通过压缩机叶轮10的旋转力升压，并被引导至发动机的吸气口。

图2是用于说明涡轮机轴20(旋转体)的说明图。如图2所示，涡轮机轴20由轴8和例如径向式的涡轮机叶轮9构成。涡轮机叶轮9的主体部21(轮毂部)在涡轮机轴20的旋转轴方向(以下，简称为旋转轴方向)上，在图2中，从左侧(一方侧)朝向右侧(另一方侧)扩径。

而且，主体部21使旋转轴方向的一方侧作为外周面21a。主体部21使旋转轴方向的另一方侧作为背面21b。外周面21a及背面21b的从旋转轴方向观察时的外形例如为圆形。主体部21的外周面21a朝向旋转轴方向的另一方侧，外径逐渐变大。

在外周面21a设有多个叶片22。多个叶片22在外周面21a的周向上分离。多个叶片22从外周面21a沿径向突出。

另外，主体部21的背面21b的径向内侧沿旋转轴方向突出。背面21b的径向内侧的部位突出至比涡轮机叶轮9(叶片22)在轴向上延伸的位置靠轴8侧(压缩机叶轮10侧，图2中右侧)。例如，在径向式涡轮机叶轮的情况下，如图2所示，突出至比涡轮机叶轮9中位于径向最外侧的最外周部21c(主体部21的外径最大的部分)靠右侧。

而且，在主体部21的背面21b中，在该突出部分焊接有轴8。因此，轴8与涡轮机叶轮9的主体部21的背面21b接合。

图3(a)是图3(b)的轴8的IIIa向视图。图3(b)是图2的虚线IIIb部分的含有轴8的中心轴的截面构造的提取图。

如图3(b)所示，在涡轮机叶轮9的主体部21的背面21b形成有被焊接面23。被焊接面23为环状。被焊接面23焊接于轴8。被焊接面23比上述主体部21的最外周部21c(参照图2)更向旋转轴方向(图2、图3(b)中，向右侧)突出。

在主体部21的外径最大的部分(图2所示的径向式涡轮机叶轮的一例中，与最外周部21c大致相同的位置)的径向内侧，主体部21、叶片22延伸至径向外侧。运转时(涡轮机轴20旋转时)作用的离心力增大。因此，将轴8与涡轮机叶轮9的焊接部分的位置与从主体部21的最大径部分(最大外周部21c)沿旋转轴方向(压缩机叶轮10侧)错开。该情况下，可抑制涡轮机叶轮9的焊接部分的因离心力而引起的位移。由此，能够缓解应力集中。

另外，在被焊接面23的径向内侧设有凹陷部24及加强部25。凹陷部24从被焊接面23沿旋转轴方向凹陷。凹陷部24与被焊接面23同样地形成为环状。

加强部25是主体部21中比凹陷部24靠径向内侧的部位。加强部25比凹陷部24的底面24a在轴向上突出。加强部25的前端面25a(前端)与被焊接面23在旋转轴方向的位置相等。

该情况下，例如，在涡轮机叶轮9的背面21b中沿旋转轴方向突出的部位的前端面26形成环状的槽(凹陷部24)，从而能够容易地形成被焊接面23和加强部25。

另一方面，在轴8设有焊接面27。焊接面27与涡轮机叶轮9的被焊接面23在旋转轴方向上对置。如图3(a)所示，焊接面27与被焊接面23同样地形成为环状。

在轴8的焊接面27设有突出部28。突出部28沿旋转轴方向突出。突出部28连续地形成于焊接面27的径向内侧。突出部28从焊接面27朝向涡轮机叶轮9沿旋转轴方向突出。

如图3(a)中用剖面线表示地，突出部28与涡轮机叶轮9的凹陷部24同样地形成为环状。在突出部28的径向内侧形成有空间29。空间29形成于从突出部28的前端面28c沿旋转轴方向凹陷的部位。在此，空间29由轴8中例如从焊接面27沿旋转轴方向凹陷而成的孔构成。

而且，突出部28插入涡轮机叶轮9的凹陷部24。加强部25的前端面25a插入空间29。另外，突出部28的外周面28a(径向外侧的面)与凹陷部24中径向外侧的内壁面24b嵌合。另一方面，突出部28的内周面28b相对于涡轮机叶轮9的加强部25的外周面25b在径向上稍微分离。

这样，突出部28的外周面28a和凹陷部24的内壁面24b嵌合。于是，以轴8和涡轮机叶轮9分别的中心轴成为同轴的方式进行定位。

另外，突出部28的突出高度(突出部28的前端面28c与焊接面27的距离)比凹陷部24的深度(凹陷部24的底面24a与被焊接面23的距离)短。因此，若将突出部28插入凹陷部24，则在突出部28的前端面28c与凹陷部24的底面24a分离的状态下，焊接面27和被焊接面23抵接。

这样，通过轴8的焊接面27和涡轮机叶轮9的被焊接面23，进行轴8与涡轮机叶轮9的旋转轴方向的定位。

焊接面27及被焊接面23的外周侧露出。对焊接面27及被焊接面23从外周侧遍及周向照射电子束、激光。于是，焊接面27及被焊接面23被焊接。

图4是放大了图3(b)的虚线部分的提取图。图4中，轴8的焊接面27与涡轮机叶轮9的被焊接面23的焊接部分用剖面线表示。涡轮机轴20旋转时，焊接部分的因作用于涡轮机叶轮9的主体部21的离心应力而引起的位移量(图4中用白底箭头a表示)比因作用于轴8的离心应力而引起的位移量(图4中用白底箭头b表示)大。在此，例如，涡轮机叶轮9的材质可以考虑铬镍铁合金材等Ni基超合金，轴8的材质可以考虑铬钼铸钢等高强度碳素钢等。

因此，由于用于涡轮机叶轮9的主体部的离心力，相比轴8的突出部28的外周面28a，涡轮机叶轮9的凹陷部24的内壁面24b的向图4中的上侧位移的位移量更大。如图4所示，突出部28的外周面28a和凹陷部24的内壁面24b在沿径向分离的方向上受力。应力集中于焊接部分中突出部28的外周面28a、及凹陷部24的内壁面24b的附近(图4中，用虚线的圆表示)。

在此，例如，将插入至涡轮机叶轮9的主体部21的轴8的插入部位做成圆柱形状。该情况下，轴8的插入部位的刚性提高。与突出部28的外周面28a对应的部位由于作用于轴8的离心力，向图4中上侧(径向)位移的位移量缩小。在本实施方式中，如图3所示，将轴8的插入部位设为环状的突出部28。于是，轴8的插入部位的刚性降低。

另外，在本实施方式中，向空间29插入加强部25，从而涡轮机叶轮9的主体部21的刚性提高。因此，能够减小凹陷部24的内壁面24b的因作用于涡轮机叶轮9的离心力而引起的向图4中的上侧(径向)的位移量。因此，抑制突出部28与凹陷部24的位移差。能够缓解应力集中。

图5(a)是图5(b)的轴8的Va向视图。图5(b)是第一变形例的与图3(b)对应的部位的截面。

在上述的实施方式中，对加强部25的前端面25a与被焊接面23大致为齐平面的情况进行了说明。在第一变形例中，如图5(b)所示，加强部35的前端面35a(前端)比被焊接面33更向图5(b)中的右侧(空间29侧)突出。

该情况下，使加强部35比被焊接面33更突出，从而能够进一步提高涡轮机叶轮9的主体部31的刚性。因此，能够抑制突出部28与凹陷部24的位移差。能够进一步缓解应力集中。

图6(a)是图6(b)的轴8的VIa向视图。图6(b)是第二变形例的与图3(b)对应的部位的截面。

在上述的实施方式及第一变形例中，对凹陷部24及突出部28形成为环状的情况进行了说明。在第二变形例中，如图6(a)所示，突出部48在从旋转轴方向观察时为大致矩形形状。突出部48隔着轴8的中心轴O，作为一列，在轴对象设置有两个。

另外，涡轮机叶轮9的凹陷部44与突出部48同样地在从旋转轴方向观察的情况下，为大致矩形形状。凹陷部44隔着涡轮机叶轮9的旋转轴中心，在与突出部48对置的位置设置有两个。两个突出部48分别插入两个凹陷部44。

另外，加强部45形成在涡轮机叶轮9的主体部41中两个凹陷部44之间。加强部45的前端面45a(前端)位于比被焊接面23靠图6(b)中的左侧(旋转轴方向的突出高度低)。

另外，轴8的焊接面47形成于基端面48a中的外周侧。基端面48a是轴8中突出部48立起的基端面。突出部48连续地形成于焊接面47的径向内侧。突出部48中，径向外侧的面48b与凹陷部44的内壁面44a嵌合。

如图6(b)所示，空间49形成为包含基端面48a中两个突出部48之间。加强部45的前端面45a与轴8的基端面48a在旋转轴方向上分离。例如，只要是焊接面47的径向内侧(图6(a)中，虚线的内侧)的区域中除了与两个突出部48对置的部分以外的区域，就可以任意设定加强部45的形状。例如，能够在两个突出部48之间设置矩形形状的加强部45。

这样，突出部48及凹陷部44即使形成为矩形形状，也能够与上述的实施方式及第一变形例同样地抑制突出部48与凹陷部44的位移差。能够缓解应力集中。

以上，一边参照附图，一边对实施方式进行了说明，但是，不言而喻，本公开不限于上述的实施方式。显而易见，本领域技术人员可以在权利要求书记载的范围内想到各种变更例或修正例，对于这些，应当理解，自然也属于本公开的技术性范围。

例如，在上述的实施方式及变形例中，对被焊接面23、33比最外周部21c向旋转轴方向突出的情况进行了的情况进行了说明。但是，被焊接面23、33与最外周部21c也可以旋转轴方向的位置重叠。

另外，在上述的实施方式及第一变形例中，对凹陷部24及突出部28形成为环状的情况进行了说明。若将凹陷部24及突出部28形成为环状，则通过凹陷部24及突出部28，能够以轴8和涡轮机叶轮9的各自的中心轴成为同轴的方式容易地定位。因此，相比在保持轴8、涡轮机叶轮9的装置侧进行同样的定位，能够提高作业性。但是，也可以如第二变形例那样地，凹陷部44及突出部48为不是环状的形状。

另外，在上述的实施方式及第一变形例中，对加强部25、35为在被焊接面23、33以上的突出高度的情况进行了说明。若加强部25、35形成为在被焊接面23、33以上的突出高度，则涡轮机叶轮9的主体部21、31的刚性提高。能够抑制突出部28与凹陷部24的位移差，进一步缓解应力集中。但是，加强部25、35也可以相比被焊接面23、33，突出高度更低。

另外，在上述的实施方式及变形例中，对突出部28、48连续地形成于焊接面27、47的情况进行了说明。另外，对突出部28的外周面28a及突出部48的径向外侧的面48b与凹陷部24的内壁面24b及凹陷部44的内壁面44a嵌合的情况进行了说明。即，对通过突出部28的外周面28a及突出部48的径向外侧的面48b以轴8和涡轮机叶轮9分别的中心轴成为同轴的方式进行定位的情况进行了说明。但是，不限于此。例如，也可以通过突出部28的内周面28b及突出部48的径向内侧的面，以轴8和涡轮机叶轮9各自的中心轴成为同轴的方式进行定位。另外，突出部28及突出部48的嵌合关系也可以是间隙配合、过盈配合、过渡配合的任一种关系。

若构成为通过突出部28的外周面28a及突出部48的径向外侧的面48b进行定位，则能够使突出部28、48与凹陷部24、44的间隙S(参照图4)缩窄(或者，为0(零))。其结果，焊接时，溶融金属难以进入间隙S。能够提高焊接品质。

另外，在上述的实施方式中，对涡轮机叶轮9为径向式的情况进行了说明。但是，涡轮机叶轮9也可以是斜流式或轴流式。

另外，在上述的实施方式中，对涡轮机叶轮9的外周面21a及背面21b在沿轴方向观察时的外径为圆形的情况进行了说明。但是，涡轮机叶轮9的形状不限于此。例如，背面21也可以不是圆形(全盘)。也可以在背面21b中多个叶片22之间设置缺口(扇形)。

另外，在上述的实施方式及变形例中，作为旋转体，对设于增压器C的涡轮机轴20举例进行了说明。但是，只要是至少具备轴和叶轮的旋转体即可。旋转体例如，也可以设于汽轮机、通用压缩机等其它涡轮机、压缩机。

生产上的可利用性

本公开能够应用于具备轴和叶轮的旋转体、及增压器。

符号说明

C-增压器，8-轴，9-涡轮机叶轮(叶轮)，21-主体部，21b-背面，21c-最外周部，22-叶片，23-被焊接面，24-凹陷部，24a-底面，24b-内壁面，25-加强部，25a-前端面(前端)，27-焊接面，28-突出部，28a-外周面(径向外侧的面)，31-主体部，33-被焊接面，35-加强部，35a-前端面(前端)，41-主体部，44-凹陷部，44a-内壁面，45-加强部，45a-前端面(前端)，47-焊接面，48-突出部，48b-径向外侧的面。

Claims (6)

1.一种旋转体，其具备：

叶轮，其具有主体部、设于上述主体部的背面的被焊接面、设于上述主体部中比上述被焊接面靠径向内侧且从上述被焊接面凹陷的凹陷部、以及设于上述主体部中比上述凹陷部靠径向内侧且从上述凹陷部的底面突出的加强部；以及

轴，其具有与上述被焊接面焊接的焊接面、以及突出部，该突出部设于比上述焊接面靠径向内侧且从上述焊接面向上述叶轮侧突出并插入上述凹陷部，上述轴在比上述突出部靠径向内侧供上述加强部的前端插入。

2.根据权利要求1所述的旋转体，其中，

上述被焊接面比上述主体部中位于径向最外侧的最外周部突出。

3.根据权利要求1或2所述的旋转体，其中，

上述凹陷部及上述突出部形成为环状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的旋转体，其中，

上述加强部为在上述被焊接面以上的突出高度。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的旋转体，其中，

上述突出部连续地形成于上述焊接面，且径向外侧的面与上述凹陷部的内壁面抵接。

6.一种增压器，其具备上述权利要求1～5中任一项所述的旋转体。