CN110249144A - 带有液力的轴向止动的滑动轴承 - Google Patents

带有液力的轴向止动的滑动轴承 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将轴(120)支承在轴承壳体(130)中的废气涡轮增压器(100)的径向轴承组件(110)。径向轴承组件包括布置在轴(120)与轴承壳体(130)之间的径向轴承衬套(140)，其中，径向轴承衬套(140)具有径向向外伸出的凸缘(141)，其在轴向上与在轴承壳体(130)处的轴向止挡(131)共同作用。径向向外伸出的凸缘(141)的几何结构被凹部中断，从而使由供油压力作用到凸缘(141)上的力最小化，且其中，径向轴承衬套(140)构造成使得在径向轴承衬套(140)的端面与布置在轴(120)上的配合件(160)之间可构造有润滑膜。

Description

带有液力的轴向止动的滑动轴承
技术领域
本发明涉及用于增压的内燃机的废气涡轮增压器的领域。本发明尤其涉及一种用于将轴支承在轴承壳体中的废气涡轮增压器的径向轴承组件，其具有用于径向滑动轴承衬套的止动(Sicherung)以防轴向移动。
背景技术
用于大型发动机的涡轮增压器实施有滑动-或滚动轴承。较新的ABB-涡轮增压器配备有液力的滑动轴承，其典型地经由发动机润滑油系统来供应。在此区分用于轴向支承(吸收压缩机-或涡轮机推力)的轴承件和用于径向支承(在径向上引导轴且吸收以及减震轴运动)的轴承件。
在涡轮增压器中轴向力作用到涡轮叶轮(Turbinenrad)上和到压缩机轮上，其导致作用到涡轮增压器的轴上的总轴向力。尤其在轴向涡轮中该总轴向力由推力轴承承受。推力轴承在涡轮增压器的轴处位于压缩机轮与涡轮叶轮之间，并且包括与轴一起旋转的推力轴承组件和位置固定的推力轴承体作为对于推力轴承组件的配合件(Gegenstueck)。推力轴承实现为在一起旋转的推力轴承组件与位置固定的推力轴承体之间的滑动轴承。
为了改善废气涡轮增压器的包括涡轮叶轮、压缩机轮和轴以及一起旋转的轴承件的转子的动态性，径向轴承的轴承衬套常常不固定地被装入轴承壳体中，而是浮动地、有径向间隙。该组件被称为困油减震器(Quetschoeldaempfer)。为了防止轴承衬套与支承在其中的轴可能一起旋转，需要定位，但是该定位使能够在径向间隙中运动。该定位在传统的废气涡轮增压器中例如通过被拧到轴承壳体中的螺栓(Stiftschraube)和在径向轴承衬套中相应的孔来实现。图6示出根据现有技术的这样的组件，如其被广泛应用的那样。径向轴承衬套的端侧可构造为轴向轴承。在根据图6的示例中辅助轴向轴承集成到径向轴承衬套中。辅助轴向轴承吸收逆着主推力方向的力。可选地成轮廓地构造的辅助轴承面的力在径向轴承衬套的相对而置的端侧处被传递到轴承壳体上。
相应地通常防止径向滑动轴承件轴向移动，以便能够可靠地执行其功能。这例如经由壳体中的止挡或者经由专用的止动元件(例如止动环或径向的止动螺栓)来实现，其同时也作为扭转止动(Verdrehsicherung)起作用。
由现有技术已知的带有轴向止动的径向轴承在其装配和成本方面具有一定的缺点。因此，本发明目的在于提供一种带有轴向止动的径向轴承，其在该方面被改善，也就是说具有尽可能成本有利的且装配友好的设计。尤其在带有集成到轴承壳体中的径向轴承容纳部的现代设计中由于缺少可接近性不可能装配径向的止动元件。为了使涡轮增压器的轴向结构长度最小化且最佳地利用供使用的结构空间，放弃轴向的止动元件如止动环是有利的。尽管放弃机械的止动元件，应避免滑动轴承的轴向移动。
发明内容
为了解决上述问题，提供一种根据独立权利要求1的径向轴承组件。本发明的另外的方面、优点和特征可由从属权利要求、说明书以及附图得出。
根据本发明的一方面提供一种废气涡轮增压器的径向轴承组件用于将轴支承在轴承壳体中。径向轴承组件包括布置在轴与轴承壳体之间的径向轴承衬套。径向轴承衬套具有径向向外伸出的凸缘，其在轴向上与在轴承壳体处的轴向止挡共同作用。径向轴承衬套的径向向外伸出的凸缘的几何结构被凹部(Aussparung)中断，从而使由供油压力作用到凸缘上的力最小化，其中，径向轴承衬套构造成使得在径向轴承衬套的端面与布置在轴上的配合件(尤其旋转的配合件)之间可构造润滑膜。在此，不仅径向轴承衬套的端面而且旋转的配合件可无成型部(Profilierung)地、以及带有成型部地来实施。如果在无成型部的情况下也可达到液力的复位力的必需水平，有利地放弃成型部。
因此通过根据本发明的径向轴承组件来提供一种径向轴承组件，在其中径向轴承衬套有利地不须借助于机械元件来防止轴向移动，如这在现有技术中常见的这样。取而代之，径向轴承衬套的几何结构以及与相邻的构件部件的间距被设计成使得由于在径向轴承衬套周围的油压分布而产生限定的力分布，其负责使径向轴承衬套不能不受控制地从其理论位置离开且不接触与旋转的部件相接触，这会导致磨损。根据本发明的在此所说明的实施形式，这仅通过在供油压力与液力的轴承力之间的相互作用来实现，而不使用机械的止挡或止动元件。相应地，根据本发明的径向轴承组件有利地具有成本有利的且装配友好的设计，其保证径向轴承衬套的限定的轴向位置，并且没有附加的构件和附加的结构空间也行。
根据本发明的另外的方面，提供一种带有根据在此所说明的实施形式中的一个的用于将轴支承在轴承壳体中的径向轴承组件的废气涡轮增压器，从而有利地可提供一种改善的废气涡轮增压器。
本发明的另外的方面涉及根据在此所说明的实施形式中的一个的径向轴承组件的一种应用，其用于涡轮增压器，这样使得在旋转固定地布置在轴上的配合件(例如推力环)与径向轴承衬套的端面之间形成润滑膜，其将径向轴承衬套在轴向上向布置在轴承壳体处的轴向止挡的方向挤压。
附图说明
另外应根据在附图中示出的实施例来阐述本发明，从其中得出另外的优点和变型。其中：
图1示出了带有根据在此所说明的实施形式的径向轴承组件的涡轮增压器的截段的示意性的横截面视图；
图2示出了图1的示意性的横截面视图的详细视图；
图3示出了根据在此所说明的实施形式的径向轴承组件的径向轴承衬套的等距视图；
图4示出了根据在此所说明的实施形式的径向轴承组件的径向轴承衬套的前视图；以及
图5示出一图表，在其中对于根据在此所说明的实施形式的示例性径向轴承组件的轴向地作用的力；以及
图6示出了穿过带有借助于定位销来保证的径向轴承衬套的根据现有技术的径向轴承的剖视图。
具体实施方式
在图1中示出带有根据在此所说明的实施形式的径向轴承组件110的涡轮增压器100的截段的示意性的横截面视图。尤其图1示出用于将轴120支承在轴承壳体130中的涡轮增压器100的径向轴承组件110。如在图1中所示，根据本发明的径向轴承组件110包括布置在轴120与轴承壳体130之间的径向轴承衬套140。径向轴承衬套140具有径向向外伸出的凸缘141，其在轴向上与在轴承壳体130处的轴向止挡131共同作用。典型地在装配时将径向轴承衬套(以下也称滑动轴承衬套GLB)轴向地推入轴承壳体中直到径向轴承衬套140的径向向外伸出的凸缘141撞击在轴承壳体130处。尤其径向轴承衬套140可这样装配在轴承壳体130中，使得径向轴承衬套140相对于所支承的旋转的轴120静止，也就是说不一起旋转。
如在图1中所示，轴120可旋转地支承在径向轴承中。在轴承壳体130(其在废气涡轮增压器中典型地布置在压缩机与涡轮之间)中，径向轴承衬套140以较小的径向缝隙被置入。在轴承壳体与径向轴承衬套的外周缘之间布置有以油来供应的润滑缝隙。为了保证沿着径向轴承衬套的周缘供油，设置有环绕的供油通道。为了装配，在所示的实施形式中将径向轴承衬套140从左边置入轴承壳体中的开口中。由于在径向上突出的、环绕的凸缘(轮缘)141限制了向置入方向的轴向可移动性。此外可设置有固定在轴承壳体处的板146，其借助于相对于凸块143(见图3)的形状配合保证径向轴承衬套的扭转止动。
如例如在图3和4中所示，径向轴承衬套140的径向向外伸出的凸缘141的几何结构被凹部142中断。油可通过这些凹部流出，从而通过凹部142可使通过供油压力作用到凸缘141上的力最小化。例如利用径向轴承衬套140(如其在图3和图4中所示，在径向轴承衬套与轴承壳体之间的径向间隙的0.3mm的缝隙宽度的情况下)的设计可将通过供油压力作用的力F减小到F=26.8N。
如从图1和图2得出的那样，径向轴承衬套140这样来构造且布置在轴120上，使得在径向轴承衬套140的端面144与布置在轴120上的配合件160(例如推力环)之间可构造润滑膜。该润滑膜从径向轴承缝隙(其构造在径向轴承衬套140与轴120之间)以油来供应。
因此通过根据本发明的径向轴承组件来提供一种径向轴承组件，在其中径向轴承衬套有利地不须借助于机械元件来防止轴向移动(如这在现有技术中常见的这样)。取而代之，径向轴承衬套的几何结构以及与相邻的结件部件的间距被设计成使得由于在径向轴承衬套周围的油压分布产生限定的力分布，其负责使径向轴承衬套不能不受控制地从其理论位置离开且不与旋转部件相接触(这会导致磨损)。根据在此所说明的本发明的实施形式这仅通过油压来实现，而不使用机械的止挡或止动元件。
如由在此所说明的实施形式所得悉的那样，根据本发明的径向轴承组件有利地被设计成使得在配合件160(例如推力环)与径向轴承衬套140之间可构造润滑膜，其抵抗径向轴承衬套140向压缩机侧101的方向的轴向移动。这例如在图1和2中通过从压缩机侧101指向涡轮侧102的箭头所示。相应地，根据本发明的径向轴承组件有利地具有成本有利的且装配友好的设计，其保证径向轴承衬套的限定的轴向位置，且没有附加的构件和附加的结构空间也行。
相应地，根据在此所说明的实施形式的径向轴承组件比由现有技术已知的设计具有明显更小的轴向力。尤其应注意的是，在GLB与轴承壳体之间的轴向缝隙越大，到GLB上的压力越小，该压力将GLB从轴承壳体130的轴向止挡131压离(在图1和图2中向左)。
在旋转的配合件160(例如推力环)与GLB的端面之间构造润滑膜。GLB被在止挡轮缘(Anschlagkragen)后面的供油压力向左压得越厉害(图1和2)，在配合件与GLB(尤其径向轴承衬套140的端面144)之间的缝隙145越小。缝隙145越小，在配合件与GLB之间的润滑膜的复位力越大，该复位力将GLB向右压回(见图1和2中的箭头)。建立力平衡，由此来限制GLB的轴向移动且避免在运行中与旋转的配合件接触。
根据另外的实施形式(其可与在此所说明的其他实施形式相组合)，径向轴承衬套140的向外伸出的凸缘141的几何结构被凹部142这样中断，使得形成四个凸块143，油可在其之间流出，如这例如在图3和4中所示。备选地，向外伸的凸缘141的几何结构也可被凹部这样中断，使得形成多于或少于四个凸块，例如2、3、5、6、7、8个或更多个凸块。如这例如在图4中所示，凸块143(例如所示出的四个凸块)可相对于轴120的旋转轴线121大致旋转对称地来布置。凸块例如可用于提供径向轴承衬套相对于轴承壳体的扭转止动，例如如上所述借助于固定在轴承壳体处的板146。径向轴承组件例如可实施成使得在凸块与轴承壳体之间实现形状配合。
如这例如在图3中在径向轴承衬套140的等距视图中所示，径向轴承衬套可与径向向外伸出的凸缘141一件式地实施为整体的构件。这有助于可利用尽可能少的构件来实现根据在此所说明的实施形式的径向轴承组件。
根据另外的实施形式(其可与在此所说明的其他实施形式相组合)，在径向向外伸出的凸缘141与轴承壳体130之间设置有缝隙132，其构造用于将油从供油部150中取出，如这例如在图2中所示。典型地，缝隙132径向环绕地构造为供油缝隙。
如在图2中所示，径向轴承组件110此外具有配合件160，其与径向轴承衬套140的轴向端面144有间距D地旋转固定地布置在轴上，使得在配合件160(例如推力环)与径向轴承衬套140的轴向端面144之间形成缝隙145。优选地，将在配合件160与径向轴承衬套140之间的缝隙145选择得足够小，使得在径向轴承衬套140的较小的轴向移动(也就是说平行于所支承的轴120的旋转轴线121)下已造成在配合件160与径向轴承衬套140(尤其径向轴承衬套140的端面144)之间形成润滑膜。
典型地，间距D被选择成使得缝隙145具有1mm或更小的缝隙宽度BS(BS≤1mm)。例如，缝隙宽度可以是BS=0.55mm或更小(BS≤0.55mm)，尤其BS=0.3mm或更小(BS≤0.3mm)，尤其BS=0.1mm或更小(BS≤0.1mm)，例如BS≤0.05mm。
图5示出一图表，在其中示出对于根据在此所说明的实施形式的示例性的径向轴承组件的轴向作用的力。图5尤其对于径向轴承衬套的不同构造作为在配合件与径向轴承衬套的端面之间的缝隙的函数示出到径向轴承衬套的端面上的轴向力以及到径向轴承衬套的背侧上(尤其到GLB的轮缘的背侧上)的轴向力。在T油=65℃的油温下且在142rps(转每秒)的转速下执行该计算。
如可由图5得悉的那样，利用径向轴承衬套140的根据本发明的设计可减小通过供油压力作用的力F，也就是说，作用到GLB的轮缘(径向向外伸出的凸缘)的背侧上的力。
附图标记清单
100 涡轮增压器
101 压缩机侧
102 涡轮侧
110 径向轴承组件
120 轴
121 轴的旋转轴线
130 轴承壳体
131 轴向止挡
132 缝隙
140 径向轴承衬套
141 径向轴承衬套的凸缘
142 凹部
143 凸块
144 端面
145 缝隙
150 供油部。

Claims (10)

1.一种用于将轴(120)支承在轴承壳体(130)中的废气涡轮增压器(100)的径向轴承组件(110)，其包括布置在所述轴(120)与所述轴承壳体(130)之间的径向轴承衬套(140)，其中，所述径向轴承衬套(140)具有径向向外伸出的凸缘(141)，其在轴向上与在所述轴承壳体(130)处的轴向止挡(131)共同作用，其中，所述凸缘(141)的几何结构被凹部(142)中断，从而使由供油压力作用到所述凸缘(141)上的力最小化，且其中，所述径向轴承衬套(140)构造成使得在所述径向轴承衬套(140)的端面(144)与布置在所述轴(120)上的配合件(160)之间可构造有润滑膜。
2.根据权利要求1所述的径向轴承组件(110)，其中，所述凸缘(141)的几何结构被凹部(142)这样中断，使得形成四个凸块(143)，油能够在其之间流出。
3.根据权利要求2所述的径向轴承组件(110)，其中，所述四个凸块(143)相对于所述轴(120)的旋转轴线(121)大致旋转对称地来布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的径向轴承组件(110)，其中，所述径向轴承衬套与所述凸缘(141)一件式地实施为整体的构件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的径向轴承组件(110)，其中，在径向向外伸出的所述凸缘(141)与所述轴承壳体(130)之间设置有缝隙(132)，其构造成以将油从供油部(150)中取出。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的径向轴承组件(110)，其中，所述径向轴承组件此外具有配合件(160)、尤其推力环(160)，其相对于所述径向轴承衬套(140)的轴向的端面(144)有间距D地旋转固定地布置在所述轴上，使得在所述配合件160与所述径向轴承衬套(140)的轴向的端面(144)之间形成缝隙(145)。
7.根据权利要求6所述的径向轴承组件(110)，其中，所述间距D被选择成使得所述缝隙(145)具有BS≤1mm的缝隙宽度BS。
8.根据权利要求6所述的径向轴承组件(110)，其中，所述缝隙宽度为BS≤0.55mm；尤其BS≤0.3mm；尤其BS≤0.1mm。
9.一种废气涡轮增压器，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的径向轴承组件(110)用于将轴(120)支承在轴承壳体(130)中。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的径向轴承组件(110)的一种应用，其用于涡轮增压器，这样使得在旋转固定地布置在轴(120)上的配合件(160)与所述径向轴承衬套(140)的端面(144)之间形成润滑膜，其在轴向上向布置在所述轴承壳体(130)处的所述轴向止挡(131)的方向挤压所述径向轴承衬套(140)。
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