CN110131033A - 一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构 - Google Patents

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王增全
王晋伟
刘烨
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Abstract

本发明提供了一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构，包括钢套本体，所述钢套本体的一端设有用于与涡轮过盈连接的盲孔，且所述钢套本体的端部环绕盲孔的位置设有周向的环形沟槽，所述环形沟槽设置在盲孔和端部外圆之间。所述环形沟槽沿周向承圆环状，其轴向剖面形状分为三段，依次为起始段、中间段和结束段，起始段由直线构成平直段，中间段由直线与斜线或圆弧构成收缩段，结束段由圆弧构成收尾段。本发明通过在过盈连接钢套上设计平顺过渡过盈应力结构，消除大过盈连接由连接段至非连接段应力变化太剧烈、易于造成局部应力超限的问题。

Description

一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构
技术领域
本发明属于机械结构设计技术领域，尤其是涉及一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构。
背景技术
目前增压器的涡轮广泛应用镍基高温合金材料，镍基高温合金材料密度高，使得涡轮转子的转动惯量大，这会使废气涡轮增压柴油机的加速性差，起动、加速时冒黑烟。钛铝合金作为新型低密度合金以其良好的高温性能、低的转动惯量受到人们的关注和青睐。
镍基高温合金涡轮与钢轴多采用摩擦焊方式连接。然而，钛铝合金属于金属间化合物，其材料特性不适合直接采用摩擦焊方式，采用过盈连接是解决钛铝合金涡轮与钢轴连接的途径之一。钛铝合金涡轮采用过盈连接时，需要比较大的过盈量以保证连接的强度，但是由于连接段尺寸小的限制，存在着由连接段至非连接段尺寸变化太剧烈、导致的局部应力集中和应力超限的问题。
根据国外、国内有关资料报道及专利查询，有一些关于钛铝合金涡轮与钢轴连接的专利。专利ZL97145874.0一种钛铝合计涡轮转子与结构钢轴的连接方法，专利权利是钛铝合金涡轮转子与结构钢轴之间通过镍基高温合金中间过渡来实现的结合的方法。专利CN101596665A一种钛铝合金涡轮转轴三体结构连接的工艺方法,其专利权利在于如何实现由钛铝合金涡轮叶轮、K418高温合金过渡套和42CrMo合金钢轴组成的钛铝合金涡轮转轴三体结构。并且上述专利均未涉及过盈应力问题，也没有论述相应的解决方法。还有ZL201610507655.7一种车用增压器涡轮转轴结构及其加工装配方法、ZL201610176104.7复合式增压器涡轮转轴及其加工装配方法XX等项专利是螺纹连接方式有关结构或工艺，与本申请过盈结构和连接方式不同。并且上述专利均未涉及二次加工和二次装卡的相关问题，也没有论述相应的解决方法。
涡轮增压器转轴上连接有压气机叶轮和涡轮，压气机叶轮与钢轴连接通常采用穿孔式或螺纹连接式，与涡轮和钢轴的连接方式差异很大，如ZL021220174涡轮增压器的涡轮轴的连接方法等专利，涉及的是增压器压气机叶轮与涡轮转轴的连接，与本申请不同。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构，以解决过盈连接段至非连接段尺寸变化太剧烈、导致的局部应力集中和应力超限的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构，包括钢轴一端加工而成的钢套本体，所述钢套本体的一端设有用于与涡轮过盈连接的盲孔，且所述钢套本体的端部环绕盲孔的位置设有周向的环形沟槽，所述环形沟槽设置在盲孔和端部外圆之间。
进一步的，所述环形沟槽沿周向承圆环状，其轴向剖面形状分为三段，依次为起始段、中间段和结束段，起始段由直线构成平直段，中间段由直线与斜线或圆弧构成收缩段，结束段由圆弧构成收尾段。
进一步的，所述环形沟槽在起始段的宽度为其所处位置处的钢套本体的壁厚的30％～60％，沟环形沟槽的槽深与起始段的宽度之比为1～2.5，其中，结束段的深度与起始段的宽度之比为0.5～1.5。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明通过在过盈连接钢套上设计平顺过渡过盈应力结构，消除大过盈连接由连接段至非连接段尺寸变化太剧烈、导致的局部应力集中和应力超限的问题。
(2)本发明结构简单，容易实现。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述钢套本体剖面图；
图2为图1中环形沟槽处的局部放大图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构，如图1所示，包括钢轴一端加工而成的钢套本体1，所述钢套本体1与涡轮的连接端4设有用于与涡轮过盈连接的盲孔2，且所述钢套本体1的端部环绕盲孔2的位置设有周向的环形沟槽3，所述环形沟槽3设置在盲孔2和端部外圆之间。
如图2所示，所述环形沟槽3沿周向承圆环状，其轴向剖面形状分为三段，依次为起始段、中间段和结束段，起始段是由直线构成平直段，中间段是由直线与斜线或圆弧构成收缩段，结束段是由圆弧构成收尾段。
所述环形沟槽在起始段的宽度为其所处位置处的钢套本体的壁厚的30％～60％，即壁厚为钢套本体的端部外径9减去钢套本体的盲孔直径10除以2；沟环形沟槽的槽深与起始段宽度5之比为1～2.5，沟环形沟槽的槽深为起始段深度6、中间段深度7与结束段深度8相加之和，其中，结束段深度8与起始段宽度5之比为0.5～1.5。
钛铝合金涡轮与钢套本体1采用过盈连接时，钢套本体1为一个圆形钢套，圆形的盲孔2的直径小于其所包裹的钛铝合金涡轮的直径，产生过盈包裹，而且需要比较大的过盈量以保证连接的强度。
本发明在钢套本体1的端部内设置环形沟槽3，不改变钢套本体1的整体外形的结构长度、外径形状和尺寸。
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 (3)

1.一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构，其特征在于：包括钢轴一端加工而成的钢套本体，所述钢套本体的一端设有用于与涡轮过盈连接的盲孔，且所述钢套本体的端部环绕盲孔的位置设有周向的环形沟槽，所述环形沟槽设置在盲孔和端部外圆之间。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构，其特征在于：所述环形沟槽沿周向承圆环状，其轴向剖面形状分为三段，依次为起始段、中间段和结束段，起始段由直线构成平直段，中间段由直线与斜线或圆弧构成收缩段，结束段由圆弧构成收尾段。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮过盈连接应力平顺过渡结构，其特征在于：所述环形沟槽在起始段的宽度为其所处位置处的钢套本体的壁厚的30％～60％，沟环形沟槽的槽深与起始段的宽度之比为1～2.5，其中，收缩段的深度与起始段的宽度之比为0.5～1.5。
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