CN110410154A - 一种涡轮增压器止推结构及其涡轮增压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涡轮增压器技术领域,公开了一种涡轮增压器止推结构。所述涡轮增压器止推结构包括涡轮转子轴、浮动轴承、叶轮、涡轮和中间体,所述涡轮转子轴穿设于浮动轴承内并且两端分别连接有叶轮和涡轮,所述浮动轴承固定在中间体内,所述涡轮转子轴的压气端上套有密封套,所述涡轮转子轴包括位于压气端的涡轮转子小轴以及连接涡轮的涡轮转子大轴;所述涡轮转子大轴位于压气端的一侧延伸至浮动轴承外,所述密封套套在涡轮转子大轴和涡轮转子小轴上,并且对应涡轮转子大轴、涡轮转子小轴分别设有第一内孔和第二内孔,所述第一内孔与第二内孔形成的内孔台阶与涡轮转子大轴、涡轮转子小轴形成的涡轮转子轴台阶定位。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮增压器技术领域,具体地涉及一种涡轮增压器止推结构。
背景技术
涡轮增压器涡轮机利用燃烧气体能量,驱动压气机压缩进气气体密度,以提高进气密度,使内燃机达到更高的燃烧效率,实现更多的做功输出。内燃机在工作过程中,燃烧工况会根据输出需求进行时时调整变化。内燃机控制单元ECU会自动计算输出控制指令到涡轮增压器控制单元,从而控制涡轮增压器的工作转速。涡轮增压器的压气机端的叶轮和涡轮机端的涡轮工作过程中受到的气体轴向力绝大时间不对等,这样涡轮增压器就需要中间体总成具有止推作用对转子系统进行轴向定位。
如图1~2所示,现有技术的涡轮增压器包括涡轮转子轴101、浮动轴承102、叶轮103、涡轮104和中间体105,涡轮转子轴101穿设于浮动轴承102内并且两端分别连接有叶轮103和涡轮104,浮动轴承102固定在中间体105内,涡轮转子轴101的压气端上套有密封套106,涡轮转子轴101包括位于压气端的涡轮转子小轴1011以及连接涡轮104的涡轮转子大轴1012。上述结构的止推作用通过以下方案实现:密封套106的右端面1061与浮动轴承102配合用于限制涡轮转子轴101向涡轮104方向移动,涡轮转子大轴1012右端面与浮动轴承102配合起到限制涡轮转子轴101向叶轮103方向移动的作用。
如图3所示,涡轮转子轴系统(涡轮转子轴及其连接的叶轮和涡轮)所受轴向力主要包含四部分:叶轮前气体轴向压力、叶轮轮背气体轴向压力,涡轮出口气体轴向压力以及涡轮轮背气体轴向压力,由于增压器工作工况复杂,轴向压力变化多端,转子系统的轴向力方向随着增压器工况变化,当转子系统所受轴向力使得涡轮转子轴处于拉伸状态,涡轮转子小轴与涡轮转子大轴的台阶面容易发生应力集中问题,导致转子系统可靠性降低。
此外,通过专利检索发现如中国专利CN101413425A公开的一种涡轮增压器用中间体总成、中国专利CN206299454U公开的一种涡轮增压器、中国专利CN204140200U公开的一种新型涡轮增压器均是采用了上述结构。
由此可知,上述结构为本领域的惯用手段,本申请的目的在于打破本领域的惯用手段,提供一种全新的涡轮增压器止推结构,解决涡轮转子轴台阶面的应力集中问题,提高转子系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的涡轮转子轴台阶面应力集中从而导致涡轮转子系统可靠性降低的问题,提供一种涡轮增压器止推结构。
本发明的目的通过以下方案实现:
提供一种涡轮增压器止推结构,包括涡轮转子轴、浮动轴承、叶轮、涡轮和中间体,所述涡轮转子轴穿设于浮动轴承内并且两端分别连接有叶轮和涡轮,所述浮动轴承固定在中间体内,所述涡轮转子轴的压气端上套有密封套,所述涡轮转子轴包括位于压气端的涡轮转子小轴以及连接涡轮的涡轮转子大轴;
所述涡轮转子大轴位于压气端的一侧延伸至浮动轴承外,所述密封套套在涡轮转子大轴和涡轮转子小轴上,并且对应涡轮转子大轴、涡轮转子小轴分别设有第一内孔和第二内孔,所述第一内孔与第二内孔形成的内孔台阶与涡轮转子大轴、涡轮转子小轴形成的涡轮转子轴台阶定位。
其中,在密封套的安装位置和轴向长度不变的情况下,涡轮转子大轴的延伸距离最远不能延伸至密封套外,保证密封套能套在涡轮转子小轴和涡轮转子大轴上,并形成内孔台阶。
本发明的原理在于通过对涡轮转子轴和密封套的结构改进,在现有结构上将涡轮转子大轴位于压气端的一侧延伸至浮动轴承外,从而将涡轮转子轴台阶延伸至浮动轴承外的压气机端,利用密封套的内孔台阶对涡轮转子轴台阶定位,巧妙地将涡轮转子轴台阶受到的拉应力转移到涡轮转子大轴上。
优选地,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式满足所受到的轴向力大于涡轮转子大轴的轴向止推力的要求。
优选地,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式为过盈配合。
优选地,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式为螺纹连接。
优选地,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式为键定位。
优选地,所述第二内孔与涡轮转子小轴的配合方式为间隙配合。
本发明的另一目的在于提供一种涡轮增压器,包括上述涡轮增压器止推结构。
与现有技术相比,本发明具备以下优点:
本发明在现有技术的基础上,对涡轮转子轴以及密封套的结构进行改进,将涡轮转子大轴延伸至浮动轴承外,将密封套安装在延伸至浮动轴承外的涡轮转子大轴上,并且通过密封套的第一内孔的一端面与涡轮转子轴的台阶面定位,当转子系统所受轴向力使得涡轮转子轴处于拉伸状态时,涡轮转子轴的台阶面受到的集中应力转移到涡轮转子大轴上,极大的改善了涡轮增压器转子系统的强度,提高了涡轮增压器的产品可靠性。
本发明可直接应用在现有涡轮增压器上,无需改动现有涡轮增压器的其它部件,仅需要改动涡轮转子轴的结构和密封套的结构即可进一步提高改善涡轮增压器转子系统的强度,打破了本领域的惯用结构,具有结构简单、改进成本低、应用产品可靠性强等优点。
本发明第一内孔与涡轮转子大轴为过盈配合,第二内孔与涡轮转子小轴为间隙配合,通过优化密封套与涡轮转子轴之间的配合关系,进一步地将涡轮转子轴的台阶面所受到的集中应力转移到涡轮转子大轴上。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1现有技术涡轮增压器结构示意图。
图2现有技术涡轮转子轴与密封套配合的结构示意图。
图3涡轮转子系统受力分布图。
图4实施例1涡轮增压器止推结构示意图。
图5实施例1涡轮转子轴与密封套配合的结构示意图。
附图标记说明
1—涡轮转子轴、2—浮动轴承、3—叶轮、4—涡轮、5—中间体、6—密封套、11—涡轮转子小轴、12—涡轮转子大轴、13—涡轮转子轴台阶、61—第一内孔、62—第二内孔、62—内孔台阶。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
如图4~5所示,本实施例提供一种涡轮增压器止推结构,包括涡轮转子轴1、浮动轴承2、叶轮3、涡轮4和中间体5,涡轮转子轴1穿设于浮动轴承2内并且两端分别连接有叶轮3和涡轮4,浮动轴承2固定在中间体5内,涡轮转子轴1的压气端上套有密封套6,涡轮转子轴1包括位于压气端的涡轮转子小轴11以及连接涡轮4的涡轮转子大轴12。
涡轮转子大轴12位于压气端的一侧延伸至浮动轴承2外,密封套6套在涡轮转子小轴11和涡轮转子大轴12上,并且对应涡轮转子大轴12、涡轮转子小轴11分别设有第一内孔61和第二内孔62,第一内孔61与第二内孔62形成的内孔台阶63与涡轮转子大轴12、涡轮转子小轴11形成的涡轮转子轴台阶13定位。
其中,在密封套6的安装位置和轴向长度不变的情况下,涡轮转子大轴12的延伸距离最远不能延伸至密封套6外,保证密封套6能套在涡轮转子小轴11和涡轮转子大轴12上,并形成内孔台阶63。
通过上述方案,本实施例通过对涡轮转子轴1和密封套6的结构改进,在现有结构上将涡轮转子大轴12位于压气端的一侧延伸至浮动轴承2外,从而将涡轮转子轴台阶13延伸至浮动轴承2外的压气机端,利用密封套6的内孔台阶62对涡轮转子轴台阶13定位,巧妙地将涡轮转子轴台阶13受到的拉应力转移到涡轮转子大轴12上。
其中,本实施例中涡轮转子大轴12的左端(压气端)分别通过密封套6的内孔台阶62与浮动轴承2的左端进行限位,涡轮转子大轴12的右端与浮动轴承2的右端进行限位,浮动轴承2则固定在中间体5内。虽然本实施例改变了涡轮转子轴1和密封套6的结构,但涡轮转子轴1两端仍然可以与浮动轴承2配合,限制涡轮转子轴1向叶轮2或涡轮8方向移动。
此处需要说明的是,密封套6与涡轮转子轴1有多种配合方式,例如过盈配合、过渡配合和间隙配合等。本申请为了进一步地将涡轮转子轴台阶13所受到的拉应力转移到涡轮转子大轴12上,第一内孔61与涡轮转子大轴12的配合方式满足其所受到的轴向力大于涡轮转子大轴12的轴向止推力的要求。具体在本实施例中第一内孔61与涡轮转子大轴12优选为过盈配合、螺纹连接或者键定位的配合方式,第二内孔62与涡轮转子小轴11则优选为间隙配合的装配方式。
可以理解的是,在不改变涡轮增压器结构的情况下,涡轮转子轴1的轴向长度不变,涡轮转子小轴11和涡轮转子大轴12均要满足在密封套6内的条件,因此,涡轮转子大轴12的延伸距离需要考虑与第一内孔61之间的配合方式需满足上述要求。例如采用过盈配合的方式,则密封套6的第一内孔61与涡轮转子轴大轴12配合的过盈部分长度、过盈量等条件需要满足其所受到的轴向力大于涡轮转子大轴12的轴向止推力,具体本领域技术人员可根据实际情况设计。
其中,本实施例中浮动轴承2通过定位销固定在中间体5内,具体在浮动轴承2、中间体5内分别设有与定位销配合的定位孔。叶轮3则通过锁紧螺母固定在涡轮转子小轴11和密封套6上。
本实施例还提供一种涡轮增压器,包括上述涡轮增压器止推结构。
本实施例在现有技术的基础上,对涡轮转子轴1以及密封套6的结构进行改进,将涡轮转子轴台阶13受到的集中应力转移到涡轮转子大轴12上,从而改善了涡轮增压器转子系统的强度,提高了涡轮增压器的产品可靠性。
本实施例可直接应用在现有涡轮增压器上,无需改现有动涡轮增压器的其它部件,仅需要改动涡轮转子轴1的结构和密封套6的结构即可进一步提高改善涡轮增压器转子系统的强度,打破了本领域的惯用结构,具有结构简单、改进成本低、应用产品可靠性强等优点。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种涡轮增压器止推结构,包括涡轮转子轴、浮动轴承、叶轮、涡轮和中间体,所述涡轮转子轴穿设于浮动轴承内并且两端分别连接有叶轮和涡轮,所述浮动轴承固定在中间体内,所述涡轮转子轴的压气端上套有密封套,所述涡轮转子轴包括位于压气端的涡轮转子小轴以及连接涡轮的涡轮转子大轴;
其特征在于,所述涡轮转子大轴位于压气端的一侧延伸至浮动轴承外,所述密封套套在涡轮转子大轴和涡轮转子小轴上,并且对应涡轮转子大轴、涡轮转子小轴分别设有第一内孔和第二内孔,所述第一内孔与第二内孔形成的内孔台阶与涡轮转子大轴、涡轮转子小轴形成的涡轮转子轴台阶定位。
2.根据权利要求1所述涡轮增压器止推结构,其特征在于,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式满足所受到的轴向力大于涡轮转子大轴的轴向止推力的要求。
3.根据权利要求2所述涡轮增压器止推结构,其特征在于,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式为过盈配合。
4.根据权利要求2所述涡轮增压器止推结构,其特征在于,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式为螺纹连接。
5.根据权利要求2所述涡轮增压器止推结构,其特征在于,所述第一内孔与涡轮转子大轴的配合方式为键定位。
6.根据权利要求1所述涡轮增压器止推结构,其特征在于,所述第二内孔与涡轮转子小轴的配合方式为间隙配合。
7.一种涡轮增压器,其特征在于,包括权利要求1~6任意一项所述涡轮增压器止推结构。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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