CN113423930A - 轴承结构和具备该轴承结构的增压器及增压器的组装方法 - Google Patents

轴承结构和具备该轴承结构的增压器及增压器的组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够以少的部件件数支承旋转轴的轴承结构。具备：圆筒套筒(32)，该圆筒套筒设置成包围绕中心轴线(CL)旋转的旋转轴(4)的外周，并与旋转轴(4)一起旋转；止推环(34a、34b)，该止推环分别设置成与圆筒套筒(32)的中心轴线(CL)方向上的两端抵接，直径大于圆筒套筒(32)的直径，并与旋转轴(4)一起旋转；以及压缩机侧径向轴承(12)，该压缩机侧径向轴承设置在圆筒套筒(32)的外周侧且在各止推环(34a、34b)之间。

Description

轴承结构和具备该轴承结构的增压器及增压器的组装方法
技术领域
本发明涉及一种轴承结构和具备该轴承结构的增压器及增压器的组装方法。
背景技术
在例如用于船舶等的柴油发动机中采用用来供给燃烧用空气的增压器(参照专利文献1)。增压器因环境限制的提高而要求提高性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2018-145942号公报
发明要解决的课题
专利文献1中记载的增压器，作为支承使叶轮旋转的旋转轴的轴承，分别另行具备径向轴承和推力轴承。
但是，成为分别另行具备径向轴承和推力轴承的结构的话，部件件数变多，成为小型化的妨碍。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而提出，目的是提供一种能够以少的部件件数支承旋转轴的轴承结构和具备该轴承结构的增压器及增压器的组装方法。
用于解决课题的技术手段
本发明的一个形态涉及的轴承结构，具备：套筒，该套筒设置成包围绕中心轴线旋转的旋转轴的外周，并与该旋转轴一起旋转；轴环，该轴环分别设置成与所述套筒的所述中心轴线方向上的两端抵接，所述轴环的直径大于所述套筒的直径，并与所述旋转轴一起旋转；以及轴承，该轴承配置在所述套筒的外周侧且在各所述轴环之间。
设有与旋转轴一起旋转的套筒，和与套筒的两端抵接地与旋转轴一起旋转的轴环。并且将轴承设置在套筒的外周侧且夹在两个轴环间。由此，轴承能够通过套筒支承旋转轴的径向方向，并且，能够通过轴环对旋转轴的推力方向进行支承。由此，由于能够由一个轴承具备径向轴承和推力轴承的功能，因此能够减少部件件数，并实现小型化。
并且，由于由套筒决定轴环间的距离，因此能够适当管理中心轴线方向上的轴承与轴环之间的推力间隙。
进而，在本发明的一个形态涉及的轴承结构中，在所述轴承的所述中心轴线方向上的两端部形成有油槽。
在轴承的两端部形成了油槽。由此，通过将润滑油引导到轴承的两端部能够将轴承的两端部用作推力块。因此，不需要设置推力块作为轴承之外的其它部件，所以能够减少部件件数。
进而，在本发明的一个形态涉及的轴承结构中，在所述轴承形成有润滑油供给孔，该润滑油供给孔的下游侧在该轴承的内周侧开口。
由于形成有下游侧在轴承的内周侧开口的润滑油供给孔，因此润滑油向轴承的内周侧流出之后，穿过轴承的内周与套筒的外周之间的径向间隙，然后在轴承的端部与轴环之间的推力间隙流动。这样，润滑油一边通过径向间隙一边被摩擦热加热而粘度下降之后，在推力间隙流动。这样通过温度上升使润滑油的粘度下降，从而能够降低由推力间隙产生的机械损失。
并且，本发明的一个形态涉及的增压器，具备：叶轮；安装有所述叶轮的旋转轴；以及支承所述旋转轴的如权利要求1至3中的任一项所述的轴承结构，所述旋转轴具备小径部、大径部以及连接该小径部与该大径部的台阶部，所述套筒和各所述轴环设于所述小径部，所述大径部侧的所述轴环设置成与所述台阶部抵接，所述增压器具备固定件，该固定件安装于所述小径部侧的所述旋转轴的端部，并将各所述轴环和所述套筒向所述台阶部侧按压。
通过安装在旋转轴的小径部的固定件，而将轴环和套筒向旋转轴的台阶部侧按压。由此，将轴环和套筒固定成与旋转轴一体地旋转。
并且，在固定件与台阶部之间对旋转轴的小径部施加张力。由于小径部由弹性变形产生的伸长大于大径部由弹性变形产生的伸长，因此，能够对轴环和套筒加大过盈量(伸长量)，能够提高紧固的坚固性。
进而，在本发明的一个形态涉及的增压器中，具备设于所述大径部的径向轴承，所述轴环的外径与所述大径部相同。
通过使轴环的外径与大径部相同，能够使轴承的内径与径向轴承的内径相同。由此，能够将轴承和径向轴承的内径通用地管理。
并且，本发明的一个形态涉及的增压器的组装方法，是具备：叶轮；安装有所述叶轮并绕中心轴线旋转的旋转轴；以及对所述旋转轴进行轴支承的轴承结构的增压器的组装方法，所述旋转轴具备小径部、大径部以及连接该小径部与该大径部的台阶部，所述轴承结构具备：套筒，该套筒包围所述旋转轴的外周；轴环，该轴环分别设置成与所述套筒的所述中心轴线方向上的两端抵接，且所述轴环的直径大于所述套筒的直径；以及轴承，该轴承配置在所述套筒的外周侧且在各所述轴环之间，所述增压器的组装方法具有：将所述轴环和所述套筒插入所述小径部，并且将所述轴承配置在两个所述轴环之间的配置工序；使一方的所述轴环与所述台阶部抵接的抵接工序；以及通过将固定件与所述小径部固定，从而将所述叶轮、所述轴环以及所述套筒压入所述台阶部而进行固定的固定工序。
通过安装在旋转轴的小径部的固定件，将轴环和套筒向旋转轴的台阶部侧按压。由此，将轴环和套筒固定成与旋转轴一体地旋转。
并且，在固定件与台阶部之间，对旋转轴的小径部施加张力。由于小径部的弹性变形产生的伸长大于大径部的弹性变形产生的伸长，因此能够对轴环和套筒加大过盈量(伸长量)，能够提高紧固的坚固性。
发明效果
由于由轴承支承径向方向和推力方向的双方，因此能够减少部件件数。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的增压器的纵剖面图。
图2是表示图1的压缩机侧径向轴承的周围的概略纵剖面图。
图3是表示变形例的与图2对应的概略纵剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明涉及的一个实施方式。
如图1所示，作为排气涡轮机增压器的增压器1，例如用于作为船舶的主机的柴油发动机。增压器1具备涡轮机2、压缩机3、旋转轴4以及收容这些的壳体5。此外，增压器1不限于用于主机也可以用于辅机。
壳体5的内部形成为中空，具有收容涡轮机2的涡轮机壳体5a、收容压缩机3的压缩机壳体5b，和收容旋转轴4的轴承壳体5c。轴承壳体5c位于涡轮机壳体5a与压缩机壳体5b之间。
涡轮机2的涡轮14固定在旋转轴4的中心轴线CL方向上的一端部(图1中的右端部)。多个涡轮叶片15沿周向以规定间隔设于涡轮14。压缩机3的压缩机叶轮16固定在旋转轴4的中心轴线CL方向上的另一端部(图1中的左端部)。多个桨叶17沿周向以规定间隔设于压缩机叶轮16。
旋转轴4在涡轮机2侧通过涡轮机侧径向轴承11支承为绕中心轴线CL旋转自如，在压缩机3侧通过压缩机侧径向轴承(轴承)12支承为绕中心轴线CL旋转自如。压缩机侧径向轴承12如后述那样还具有作为推力轴承的功能。
在涡轮机壳体5a设有废气对于涡轮叶片15的入口通路21和出口通路22。柴油发动机的废气从入口通路21被引导而通过涡轮叶片15时，废气的能量变换为涡轮机2的旋转能，旋转轴4绕中心轴线CL旋转。
在压缩机壳体5b设有空气对于压缩机叶轮16的吸入口24，和排出压缩空气的排出口25。压缩机叶轮16通过由涡轮机2取得的旋转动力旋转，从吸入口24吸入的空气通过压缩机叶轮16的桨叶17时被压缩。被压缩机3压缩的压缩空气作为燃烧用空气从排出口25向柴油发动机引导。
在轴承壳体5c设有向轴承11、12等的各处供给润滑油的润滑油供给路径30。润滑油供给路径30的涡轮机侧润滑油供给路径30a与涡轮机侧径向轴承11的外周侧连接。压缩机侧润滑油供给路径30b与压缩机侧径向轴承12的外周侧连接。
(轴承结构)
接着，对压缩机侧径向轴承12周围的轴承结构进行说明。
旋转轴4具备涡轮机2侧的大径部4a和压缩机3侧的小径部4b。大径部4a和小径部4b通过台阶部4c连接。台阶部4c具备与中心轴线CL正交的面。
在压缩机侧径向轴承12的内周侧设有圆筒套筒(套筒)32。圆筒套筒32形成为圆筒形状，以包围旋转轴4的小径部4b的方式插入。在圆筒套筒32的外周与压缩机侧径向轴承12的内周之间形成有径向间隙，由此润滑油导入此径向间隙而支承旋转轴4的径向方向。
在压缩机侧径向轴承12的两侧分别设有止推环(轴环)34a、34b。各止推环34a、34b形成为圆盘形状，旋转轴4的小径部4b以贯通各止推环34a、34b的中心的方式插入。各止推环34a、34b的外径大于圆筒套筒32的外径。即，各止推环34a、34b成为在圆筒套筒32的两端沿径向突出的状态。各止推环34a、34b的端面分别与圆筒套筒32的两端抵接。
圆筒套筒32的中心轴线CL方向的尺寸大于压缩机侧径向轴承12的中心轴线CL方向的尺寸。因此，在中心轴线CL方向的尺寸比圆筒套筒32的压缩机侧径向轴承12与各止推环34a、34b之间形成规定的推力间隙。从而润滑油导入此推力间隙而支承旋转轴4的推力方向。
压缩机侧径向轴承12被配置成位于由圆筒套筒32和两侧的止推环34a、34b围合的区域。压缩机侧径向轴承12被轴承壳体5c侧保持为限制周向的转动。
在压缩机侧径向轴承12的两端部的与各止推环34a、34b相对的表面形成有油槽(未图示)。油槽隔开规定间隔沿周向设有多个。通过在这些油槽储存润滑油而形成液膜，从而支承从止推环34a、34b施加到压缩机侧径向轴承12的轴向力。这样，压缩机侧径向轴承12通过在两端部具备油槽而兼备推力块的功能。
涡轮机2侧的止推环34a的涡轮机2侧的侧端面与旋转轴4的台阶部4c抵接。即，涡轮机2侧的止推环34a碰到台阶部4c而不能进一步向中心轴线CL方向的涡轮机2侧移动。
压缩机3侧的止推环34b的压缩机3侧的侧部与中间套筒36的端部抵接。中间套筒36形成为圆筒形状，以包围旋转轴4的方式配置。中间套筒36的压缩机3侧的端部与压缩机叶轮16的端部抵接。
在压缩机叶轮16的顶端侧(吸入侧)设有固定螺母(固定件)38。固定螺母38与形成于旋转轴4的小径部4b的顶端(图1中的左端)阳螺纹螺合。通过紧固固定螺母38，从而将压缩机叶轮16、中间套筒36、止推环34b、圆筒套筒32以及止推环34a依次压入旋转轴4的台阶部4c。通过这样紧固固定螺母38，从而将压缩机叶轮16、中间套筒36、止推环34b、圆筒套筒32以及止推环34a与旋转轴4一体化。由此，压缩机叶轮16、中间套筒36、圆筒套筒32以及止推环34a、34b与旋转轴4一起旋转。
在图2中简化示出了上述那样的压缩机叶轮16、中间套筒36、止推环34b、圆筒套筒32以及止推环34a的位置关系。
优选为，圆筒套筒32的外径与旋转轴4的大径部4a的外径相同。由此，能够使对大径部4a进行轴支承的涡轮机侧径向轴承11的内径与压缩机侧径向轴承12的内径相同。
在图2中表示通过压缩机侧润滑油供给路径30b(参照图1)引导的润滑油的路径。润滑油供给孔在压缩机侧径向轴承12的半径方向形成并在压缩机侧径向轴承12的内周侧开口，润滑油如箭头A1那样通过润滑油供给孔，如箭头A2那样向两侧分开而在压缩机侧径向轴承12的内周与圆筒套筒32的外周之间的径向间隙中沿中心轴线CL方向流动。然后，如箭头A3那样在压缩机侧径向轴承12与止推环34a、34b之间的各推力间隙流动。这样，润滑油在径向间隙流动之后在推力间隙流动。
上述的压缩机侧径向轴承12周围的轴承结构如下述那样组装。
将涡轮机2侧的止推环34a插入旋转轴4的小径部4b，与台阶部4c抵接(抵接工序)。
并且，依次插入与压缩机侧径向轴承12嵌合的圆筒套筒32、压缩机3侧的止推环34b、中间套筒36以及压缩机叶轮16。这样，将压缩机侧径向轴承12配置成位于两个止推环34a、34b之间(配置工序)。
然后，通过使固定螺母38与旋转轴4的小径部4b螺合，从而将压缩机叶轮16、中间套筒36、压缩机3侧的止推环34b、圆筒套筒32、涡轮机2侧的止推环34a抵到台阶部4c并压入而进行固定(固定工序)。由此，将压缩机叶轮16、中间套筒36、压缩机3侧的止推环34b、圆筒套筒32以及涡轮机2侧的止推环34a与旋转轴4一体化而与旋转轴4一起旋转。
如上述那样，根据本实施方式能取得以下的作用效果。
设有与旋转轴4一起旋转的圆筒套筒32，和以与圆筒套筒32的两端抵接的方式与旋转轴4一起旋转的止推环34a、34b。并且，将压缩机侧径向轴承12设置成在圆筒套筒32的外周侧且夹在两个止推环34a、34b之间。由此，压缩机侧径向轴承12能够通过圆筒套筒32支承旋转轴4的径向方向，并且，能够通过止推环34a、34b支承旋转轴4的推力方向。由此，能够由一个压缩机侧径向轴承12兼备径向轴承和推力轴承的功能，因此能够减少部件件数，并能够实现小型化。
并且，由于通过圆筒套筒32决定止推环34a、34b间的距离，因此能够适当管理中心轴线CL方向上的压缩机侧径向轴承12与各止推环34a、34b之间的推力间隙。
在压缩机侧径向轴承12的两端部形成了油槽。由此，润滑油引导到压缩机侧径向轴承12的两端部从而能够将压缩机侧径向轴承12的两端部用作推力块。因此，不需要设置压缩机侧径向轴承12之外的别的部件作为推力块，而能够减少部件件数。
由于形成有下游侧在压缩机侧径向轴承12的内周侧开口的润滑油供给孔，因此润滑油向压缩机侧径向轴承12的内周侧流出(参照图2的箭头A1)之后，在压缩机侧径向轴承12的内周与圆筒套筒32的外周之间的径向间隙通过(参照图2的箭头A2)，然后在压缩机侧径向轴承12的端部与各止推环34a、34b之间的推力间隙流动(参照图2的箭头A3)。这样，润滑油一边通过径向间隙一边被摩擦热加热而粘度下降之后，在推力间隙流动。这样，通过温度上升而使润滑油的粘度下降，从而能降低推力间隙产生的机械损失。
通过安装于旋转轴4的小径部4b的固定螺母38，而将止推环34a、34b和圆筒套筒32向旋转轴4的台阶部4c侧按压。由此，将止推环34a、34b和圆筒套筒32固定成与旋转轴4一体地旋转。
并且，在固定螺母38与台阶部4c之间对旋转轴4的小径部4b施加张力。由于小径部4b由弹性变形产生的伸长大于大径部4a由弹性变形产生的伸长，因此能够对止推环34a、34b和圆筒套筒32加大过盈量(伸长量)，能够提高紧固的坚固性。
通过使止推环34a、34b的外径与旋转轴4的大径部4a相同，从而能够使压缩机侧径向轴承12的内径与涡轮机侧径向轴承11的内径相同。由此，能够将压缩机侧径向轴承12与涡轮机侧径向轴承11的内径通用地管理。
并且，通过适当调整圆筒套筒32的半径方向的厚度，能够变更旋转轴4的小径部4b的直径。由此，可以使紧固固定螺母38时的小径部4b的伸长量能够调整。并且，通过调整涡轮机2侧的止推环34a与旋转轴4的台阶部4c的接触面积，能够适当设定摩擦力。
(变形例)
此外，本实施方式能够如图3那样变形。
如图3所示，径向轴承也可以为一个。具体而言，将图2所示的压缩机侧径向轴承12做成沿中心轴线CL方向延伸形成的压缩机侧径向轴承12’，将图2所示的圆筒套筒32做成沿中心轴线CL方向延伸形成的圆筒套筒32’。随之，小径部4b’也沿中心轴线CL方向延伸。由此，由于能够通过一个压缩机侧径向轴承12’支承绕旋转轴4的中心轴线CL的振摆回转，因此能够省略图2所示的涡轮机侧径向轴承11。
此外，在上述实施方式中，将增压器1的适用目标设为用作船舶用主机的柴油发动机，但是本发明不限于此，例如增压器1能够用于船舶用主机以外的柴油发动机，并且，也能够用于柴油发动机以外的内燃机。
符号说明
1 增压器
2 涡轮机
3 压缩机
4 旋转轴
4a 大径部
4b、4b’ 小径部
4c 台阶部
5 壳体
5a 涡轮机壳体
5b 压缩机壳体
5c 轴承壳体
11 涡轮机侧径向轴承
12、12’ 压缩机侧径向轴承
14 涡轮
15 涡轮叶片
16 压缩机叶轮
17 桨叶
21 入口通路
22 出口通路
24 吸入口
25 排出口
30 润滑油供给路径
30a 涡轮机侧润滑油供给路径
30b 压缩机侧润滑油供给路径
32、32’ 圆筒套筒(套筒)
34a (涡轮机侧的)止推环
34b (压缩机侧的)止推环
36 中间套筒
38 固定螺母(固定件)
CL 中心轴线

Claims (6)

1.一种轴承结构，其特征在于，具备：
套筒，该套筒设置成包围绕中心轴线旋转的旋转轴的外周，并与该旋转轴一起旋转；
轴环，该轴环分别设置成与所述套筒的所述中心轴线方向上的两端抵接，所述轴环的直径大于所述套筒的直径，并与所述旋转轴一起旋转；以及
轴承，该轴承配置在所述套筒的外周侧且在各所述轴环之间。
2.如权利要求1所述的轴承结构，其特征在于，
在所述轴承的所述中心轴线方向上的两端部形成有油槽。
3.如权利要求1或2所述的轴承结构，其特征在于，
在所述轴承形成有润滑油供给孔，该润滑油供给孔的下游侧在该轴承的内周侧开口。
4.一种增压器，其特征在于，具备：
叶轮；
安装有所述叶轮的旋转轴；以及
支承所述旋转轴的如权利要求1或2所述的轴承结构，
所述旋转轴具备小径部、大径部以及连接该小径部与该大径部的台阶部，
所述套筒和各所述轴环设于所述小径部，
所述大径部侧的所述轴环设置成与所述台阶部抵接，
所述增压器具备固定件，该固定件安装于所述小径部侧的所述旋转轴的端部，并将各所述轴环和所述套筒向所述台阶部侧按压。
5.如权利要求4所述的增压器，其特征在于，
具备设于所述大径部的径向轴承，
所述轴环的外径与所述大径部相同。
6.一种增压器的组装方法，所述增压器具备：
叶轮；
安装有所述叶轮并绕中心轴线旋转的旋转轴；以及
对所述旋转轴进行轴支承的轴承结构，
其特征在于，
所述旋转轴具备小径部、大径部以及连接该小径部与该大径部的台阶部，
所述轴承结构具备：套筒，该套筒包围所述旋转轴的外周；轴环，该轴环分别设置成与所述套筒的所述中心轴线方向上的两端抵接，且所述轴环的直径大于所述套筒的直径；以及轴承，该轴承配置在所述套筒的外周侧且在各所述轴环之间，
所述增压器的组装方法具有：
将所述轴环和所述套筒插入所述小径部，并并且将所述轴承配置在两个所述轴环之间的配置工序；
使一方的所述轴环与所述台阶部抵接的抵接工序；以及
通过将固定件与所述小径部固定，从而将所述叶轮、所述轴环以及所述套筒压入所述台阶部而进行固定的固定工序。
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