CN114514367A - 轴承座和制造的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于涡轮增压器的轴承座。轴承座包括主体和安装法兰。主体被配置为接纳一个或多个轴承。一个或多个轴承被配置为支撑轴绕着轴线的旋转。安装法兰围绕主体延伸。安装法兰包括多个孔、第一面和多个腔。多个孔被配置为接纳穿过其中的紧固件。第一面被配置为与涡轮机壳体的相应的安装法兰接合。多个腔与多个孔连通。多个腔相对于第一面轴向地凹进。

Description

轴承座和制造的方法

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮增压器的轴承座。本发明也涉及一种结合有所述轴承座的涡轮增压器，并且涉及一种制造轴承座的方法。

背景技术

涡轮增压器是用于以高于大气压力(增压压力)的压力向内燃机的进气口供应空气的众所周知的装置。传统的涡轮增压器包括在涡轮机壳体内被安装在可旋转轴上的废气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转使在压缩机壳体内被安装在轴的另一端的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩的空气输送到发动机的进气歧管，从而提高发动机功率。

涡轮增压器轴通常由滑动轴承和止推轴承支撑，滑动轴承和止推轴承包括适当的润滑系统，并位于被连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间的中央轴承座内。

在运行期间，在涡轮机壳体中的温度可能会达到超出1000℃。由于这种高温，在涡轮增压器内的部件特别是轴承座可能过早失效。特别是与最高温度靠得很近的部件，即在涡轮机叶轮和涡轮机壳体附近的部件，更容易发生故障。

发明内容

本发明的一个目的是克服与现有的涡轮增压器相关的缺点。

根据本发明的第一方面，提供一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座包括：

主体，所述主体被配置为接纳一个或多个轴承，一个或多个轴承被配置为支撑绕着轴线轴的旋转；和

安装法兰，所述安装法兰围绕主体延伸，并且包括：

多个孔，所述多个孔被配置为接纳穿过其中的紧固件；

第一面，所述第一面被配置为与涡轮机壳体的相应的安装法兰接合；和

多个腔，所述多个腔与多个孔连通，多个腔相对于第一面轴向地凹进。

一个或多个轴承可以包括滚子轴承和/或止推轴承。使用压力机或类似物可以将轴承插入轴承座内。

安装法兰优选是环形的。也就是说，安装法兰被成形为光盘状，其中中心部分被去除。安装法兰可以具有基本上是圆形的外部几何形状。或者，安装法兰可以具有不规则的外部几何形状。

安装法兰的厚度优选在约5mm和约15mm之间。更优选地，安装法兰的厚度约为9毫米。厚度指材料在轴向方向上的范围。

安装法兰的直径优选在约15cm和20cm之间。更优选地，安装法兰的直径约为17cm。

安装法兰和主体优选是统一体。也就是说，安装法兰和主体可以通过相同的铸造过程被同时生成。然而，在一些布置中，安装法兰和主体可以是在涡轮增压器的组装期间相互连接的分开的主体。

安装法兰可以提供用于将涡轮机相对于轴承座对齐的对齐特征。对齐可以是轴向的和旋转的。

多个孔中的孔优选为间隙孔。在优选的布置中，存在16个孔。孔可以有任何合适的直径，例如约9mm。

第一面可以是单个面。或者，第一面可以由位于相同轴向平面中的多个不同的面形成。因此，第一面限定可以包括多个单独的特征的对齐面。

第一面与涡轮机壳体的相应的安装法兰的接合通常是直接邻接。也就是说，第一面通常接触相应的安装法兰。然而，在一些情况下，可以不是直接接触，而是可以有插入的部件。该部件可以是垫片或一些其他的间隔装置。隔热罩是可能导致间接接合的另一部件。

接合可以是直接的或间接的。间接接合可以指另一部件设置在安装法兰之间。例如，垫片或其他部件(例如隔热罩)，可以插入安装法兰。

腔可以是凹口。腔可以说在安装法兰之间提供热中断，或者被配置为在安装法兰之间提供热中断。可替代地，腔可以说至少部分地使安装法兰热分离。

多个腔与多个孔连通可以被理解为孔与腔对齐的含义。也就是说，如果紧固件穿过孔，则紧固件也会穿过腔。对于本文的目的，用于接纳紧固件的孔不被视为在权利要求中所限定的腔。

相对于第一面腔的凹进特征限定了第二面。因此，第二面与第一面轴向偏移。第一面和第二面在安装法兰的涡轮机侧上。腔被限定在第一面和第二面之间。多个腔可以说相对于第一面直接凹进。也就是说，腔可以至少部分限定第一面。多个腔可以被说成形成在第一面中。

出于多种原因，腔的结合是有益的。

首先，在涡轮增压器的运行期间，腔在比较热的涡轮机壳体和较冷的轴承座特别是轴承座的安装法兰之间提供热中断。这种热中断意味着安装法兰的峰值温度在运行期间被降低，这继而也降低了在安装法兰中引起的热应力。热应力的降低降低了轴承座因热疲劳而失效的敏感性，并降低裂纹形成或传播的可能性。换句话说，轴承座特别是安装法兰的鲁棒性被改进。

腔也降低了用于将轴承座固定到涡轮机壳体的螺栓的预载荷的损失。预载荷的损失归因于高温运行，其中螺栓周围的材料膨胀并迫使螺栓离开它们所接合的螺纹孔。预载荷损失逐渐“松开”螺栓的接合，这可能会导致灾难性故障。在螺栓中的预载荷损失由于腔而降低，至少部分是由于在涡轮增压器运行期间由安装法兰达到的峰值温度中的降低。

最后，腔不会过度向安装法兰增加材料，并因此不会增加轴承座的重量。实际上，腔降低了存在的材料量，并因此降低了轴承座的重量，并可能因此降低其成本。换句话说，本发明提供了轴承座中特别是在安装法兰中材料的更有效的使用，以改进热性能而不增加轴承座的材料使用或质量。

因此，根据本发明的轴承座利用腔在运行期间提供热中断并改进轴承座的鲁棒性和热性能。

在第一面中腔的结合也意味着腔可以被相对容易地制造。特别是由于腔被设置在第一面中，因此腔可以在轴承座的制造期间被机加工。

腔可以绕轴线周向地分布。

周向分布的腔可以另外被描述为绕着安装法兰形成圆形图案的腔。周向的分布另外可以为基本上周向的分布，即，与完美的周向分布有小偏差是可预期的。

因为安装法兰可能是环形的，所以周向分布是有利的。因此，腔的周向分布意味着腔可以围绕安装法兰均匀地分布。

腔可以是弓形的。

弓形腔可以具有恒定的半径。

腔另外可以被描述为是半圆形的。恒定的半径在腔之间可以改变，或者所有腔可以共享相同的恒定的半径。

多个腔中的每一个的恒定的半径可以在约10mm和约15mm之间。

恒定的半径可以是约13.5mm，从而提供27mm的直径。

已被发现，以上几何形状的腔在改进安装法兰的热性能中是特别有效的。此外，具有这些几何形状的腔可以被很容易地结合到现有的安装法兰的几何形状中，而无需更重大的设计的改变。

安装法兰可以进一步包括周向的外围唇缘。

周向的外围唇缘提供使安装法兰的热惯性提高的进一步的热质量，从而使它对于温度改变更具抗性。

周向的外围唇缘可以从第一面的径向最外面的点径向向外延伸约1mm和约5mm之间。

周向的外围唇缘优选从第一面的径向最外面的点径向向外延伸约2.5mm。

多个孔中的每一个孔可以与多个腔中的每一个腔的相应的一个腔连通。

或者，多个孔中的每一个孔可以与多个腔连通，反之亦然。

材料的台阶可以被设置在安装法兰的第三面和主体之间，所述第三面与在安装法兰的另一侧的第一面相反，材料的台阶绕着轴线基本上周向跨越。

材料的台阶提供提高在安装法兰附近的热惯性的另一热质量。

材料的台阶在轴向深度上可以在约5mm和约15mm之间。

材料的台阶优选沿轴向方向延伸约10mm。

腔的深度可以在约2mm和约5mm之间。

优选地，腔约3mm深。也就是说，优选的，腔相对于第一面轴向地凹进约3mm。

根据本发明的第二方面，提供了一种涡轮增压器，包括：

压缩机；

涡轮机，所述涡轮机包括根据本发明的第一方面的相应的安装法兰；和

根据本发明的第一方面的轴承座，所述轴承座在一端连接到压缩机，在另一端连接到涡轮机。

涡轮机可以是双入口或双蜗壳涡轮机。或者，涡轮机可以是单入口涡轮机。涡轮机可以是几何形状可变的涡轮机。涡轮增压器可以是几何形状固定的涡轮增压器。涡轮增压器可以是几何形状可变的涡轮增压器。涡轮增压器可以结合废气门。涡轮机可以结合废气门。

涡轮增压器可以形成发动机装置(发动机布置)的部分。发动机装置可以形成诸如汽车的机动车辆的部分。更特别地，车辆可以是汽车、卡车、公共汽车、火车等。发动机装置可以是内燃机。或者，涡轮增压器可以形成静态装置的部分，例如泵。

相应的安装法兰可以具有与轴承座的安装法兰基本上相同的外直径。或者，几何形状可以不同。

紧固件可以用于将轴承座的安装法兰固定到涡轮机壳体的相应的安装法兰，紧固件仅通过轴承座的安装法兰的孔中的一些被插入。

紧固件可以是螺栓。螺栓可以穿过或穿透安装法兰中的间隙孔并被在涡轮机壳体中的螺纹孔接纳。螺栓可以穿过或穿透腔。

轴承座的安装法兰可以包括2n个孔，并且涡轮机壳体的相应的安装法兰包括n个孔，并且其中，n个或更少的紧固件分布在轴承座的安装法兰的2n个孔之间，并且穿入涡轮机壳体的相应的安装法兰的n个或更少的孔内，以将涡轮机壳体固定到轴承座。

换句话说，在安装法兰中提供的孔可以比在涡轮机壳体中所需要的或存在的孔更多。这提供了涡轮机壳体相对于安装法兰并且同样相对于轴承座的旋转调节。当涡轮增压器的模型被用于各种不同的发动机结构时，这是特别有用的，并且对于能够调整其相对方向会是可取的。

根据本发明的第三方面，提供一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座包括：

主体，所述主体被配置为接纳一个或多个轴承，一个或多个轴承被配置为支撑轴绕着轴线的旋转；和

安装法兰，所述安装法兰围绕主体延伸并且包括：

第一面，所述第一面被配置为与涡轮机壳体的相应的安装法兰接合；和

多个腔，所述多个腔相对于所述第一面轴向地凹进；

其中，所述安装法兰被配置为通过V形带夹被接合。

V形带夹是已知的附接手段。V形带夹通常周向延伸并结合凹口或腔，两个主体或两个主体的部分被接纳到所述凹口或腔中。在拧紧V形带夹时，主体或主体的部分被拉到一起，并从而被相互固定。

V形带夹可以在一次操作中被固定。

安装法兰可以被配置为通过成特定尺寸、具有特定外部几何形状或具有特定的表面光洁度而被V形带夹接合。例如，在能够被V形带夹接合的情况下，安装法兰可能需要可触及的外表面和/或锥形面。也可以利用窄边缘，以便V形带夹可以“钩”在边缘上。

接合可以是直接的或间接的。用于接纳紧固件的孔不被视为是在权利要求中所限定的腔。

根据本发明的第四方面，提供一种涡轮增压器，包括：

压缩机；

涡轮机，所述涡轮机包括根据本发明第三方面的相应的安装法兰；

根据本发明第三方面的轴承座，所述轴承座在一端连接到压缩机，在另一端连接到涡轮机。

涡轮增压器还可以包括V形带夹，所述V形带夹被配置为将轴承座的安装法兰固定到涡轮机壳体的相应的安装法兰上。

根据本发明的第五方面，提供一种制造本发明的第一方面或第三方面的轴承座的方法，所述方法包括步骤：

i)铸造轴承座；和

ii)机加工轴承座的第一面。

轴承座的第一面，特别是其安装法兰的第一面，可以通过铣削或锪平面的方式被机加工。这可以使另外粗糙的表面光滑，以为了实现所需要的表面光洁度。机加工也可以使第一面变平，从而提供均匀平坦或基本上平坦的表面，用于与涡轮机壳体的相应的安装法兰接合。

轴承座可由任何合适的材料铸造而成。合适的例子包括灰口铸铁和相关的变量。

步骤i)可以包括通过铸造生成腔。

通过铸造生成腔是有利的，因为尽管模具相应地需要修改，但腔与轴承座的其余部分是被同时生成的。从长远来看，这可能更便宜，并且不需要为每个生产的轴承座单独机加工每个腔。

步骤ii)可以包括通过机加工第一面生成腔。

通过机加工的手段生成腔意味着模具不需要被修改，并且避免了在铸造期间因主体的冷却速率不均匀而造成的潜在问题。鉴于腔无论如何都可能需要被机加工(即，为了实现所需要的公差和/或表面光洁度)，由于使用相同的机加工工艺生成腔并精整加工腔，所以为了生成腔而机加工腔也可能意味着制造更快。

该方法可以进一步包括机加工多个孔的步骤。

可以在机加工腔之后被机加工孔。

根据本发明的第六方面，提供一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座由硅钼SG铁被制造。

硅钼SG铁提供了可取的耐热性能和热循环性能。硅钼SG铁也具有比耐热钢相对更低的制造成本，并因此就零件制造成本而言提供良好的价值。硅钼SG铁也是一种高度可铸造的材料，其允许从中铸造复杂的几何形状和特征。硅钼SG铁也易于机加工，这对于制造是可取的。

当轴承座使用硅钼SG铁被生成时，轴承座将因此结合以上所有可取的特性。这致使成本效益更高、性能更好的轴承座产生。

本发明的这个方面可以与本发明的任何在先的方面结合以提供性能的进一步改进。

根据本发明的第七方面，提供一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座包括：

主体，所述主体被配置为接纳一个或多个轴承，所述一个或多个轴承被配置为支撑轴绕着轴线的旋转；和

安装法兰，所述安装法兰围绕主体延伸并且包括：

附接部分，所述附接部分被配置为将轴承座固定到涡轮机壳体的相应的附接部分；

对齐部分，所述对齐部分包括第一面，该第一面被配置为直接或间接地接合涡轮机壳体的相应的对齐部分；和

一个或多个腔，所述一个或多个腔形成在第一面中。

一个或多个腔被设置在对齐部分中。一个或多个腔相对于第一面轴向地凹进。一个或多个腔可被描述为凹口。

一个或多个腔的结合提高了在涡轮机壳体的对齐部分和轴承座的对齐部分之间的界面处的热阻。换句话说，一个或多个腔有助于使各自的对齐部分热分离。这导致从涡轮机壳体到轴承座的热传递减少。从涡轮机壳体到轴承座的热传递的减少是可取的，因为轴承座可能由于过高的温度会过早失效。

一个或多个腔可以限定对齐部分的最外面的部分。换句话说，一个或多个腔可以限定轴承座的外部。一个或多个腔可以说与轴承座的外部连通。

有利地，可以在附接部分之间设置间隙。附接部分提供附接功能。对齐部分提供对齐功能。

附接部分可以利用孔以用于螺栓连接或连接V形带夹。

本发明的第一方面的可选的特征以及涉及本发明第一方面的本发明的任何方面，也适用于本发明的该方面。

在适当的情况下，本文阐述的本发明的每个方面的可选和/或优选特征也适用于本发明的任何其他方面。

附图说明

本发明的特定实施例现在将参考附图仅通过示例的方式被描述，其中：

图1a是涡轮增压器的横截面侧视图，结合了根据本发明实施例的轴承座；

图1b是图1a的涡轮增压器的感兴趣的区域的放大图；

图2a-图2d是图1a的涡轮增压器的轴承座的各种视图；

图3a-图3c是传统轴承座的各种视图；

图4是总结了诸如在图3a-图3c所图示的轴承座的传统设计与根据本发明实施例的图2a-图2d的轴承座相比较的热性能的计算模型结果的表格；

图5是总结了图2a-图2d的轴承座与图3a-图3c所示的轴承座的传统设计相比的疲劳性能的表格；

图6a和图6b是图2a-图2d的轴承座的透视图，带有附接到轴承座的涡轮机壳体，其中螺栓被编号以供参考；

图7是示出分别在图2a-图2d和图3a-图3c的轴承座之间比较的对于图6a和6b中编号的螺栓中的每一个的夹紧载荷损失的曲线图；和

图8是涡轮增压器组件的部分的剖视图，所述涡轮增压器组件结合了轴承座的不同实施例。

具体实施方式

图1a是根据本发明的第二方面的涡轮增压器2的横截面侧视图。

涡轮增压器2包括经由轴承座8接合到压缩机6的涡轮机4。轴承座8是本发明第一方面的实施例。涡轮机4包括涡轮机壳体10和涡轮机叶轮12。压缩机6包括压缩机壳体14、压缩机背板15和压缩机叶轮16。涡轮机叶轮12和压缩机叶轮16被安装在轴18的相对端上，所述轴18在轴承座8内被支撑在滚子轴承组件20和止推轴承组件22上。滚子轴承组件20主要支撑旋转载荷，而止推轴承组件22主要支撑轴向载荷。压缩机壳体14通过V形带夹17被固定到压缩机背板15。

尽管固定几何形状的涡轮增压器在图1中被示出，但本发明同样适用于可变几何形状的涡轮增压器。类似地，尽管图示了单蜗壳涡轮机，但本发明可以与双蜗壳涡轮机使用。

涡轮机壳体10设置有废气入口24和废气出口26。废气入口24将进入的废气引导至涡轮机叶轮12周围的环形进气室28。废气流动通过涡轮机4并经由与涡轮机叶轮12同轴的圆形出口开口从废气出口26流出。涡轮机叶轮12的旋转使压缩机叶轮18旋转，所述压缩机叶轮18通过轴向入口30吸入空气，并将压缩的空气经由环形蜗壳32输送到发动机进气口。环形蜗壳32的下游的压缩机出口在图1a的横截面视图中未被示出。涡轮机叶轮12、轴18和压缩机叶轮16是同轴的并且绕涡轮增压器轴线34旋转。

与本发明特别相关的为轴承座8。

轴承座8为涡轮增压器2提供了润滑系统。轴承座8包括一系列通道36，油通过所述通道被供应到滚子轴承组件20和止推轴承组件22。通道36接收来自发动机油路(未示出)的油。

除了提供润滑系统之外，轴承座8也提供了将压缩机6和涡轮机4相对于彼此固定的手段。在图1a中，如以上所提到的，压缩机壳体14通过V形带夹17固定到压缩机背板15。如图1a所示，V形带夹设置有V状的凹口17a，压缩机壳体14和压缩机背板15的各自的法兰14a、15a被接纳在凹口17a中。一旦法兰14a、15a如图1a所示的被对齐，则V形带夹17被拧紧以便使(压缩机壳体14和压缩机背板15)各自的法兰14a、15a靠拢到一起。压缩机壳体14从而被固定到压缩机背板15。

压缩机背板15被附接到轴承座8。然而，在图1a中，由于图1a的横截面通过其所截取的平面，所述附接是不可见的。紧固件(例如螺栓)通过在压缩机背板15中的孔(在图1a中未示出)从压缩机背板15的压缩机6端被接纳。然后，所述紧固件的螺纹端被接纳在轴承座8的相应的螺纹孔中(所述螺纹孔在图1a中也是不可见的)。

在压缩机壳体14被附接到压缩机背板15之前，压缩机背板15在涡轮增压器2的组装期间被附接到轴承座8。这种组装的顺序允许压缩机叶轮16在压缩机壳体14随后被放置在压缩机叶轮16上之前，沿轴18被轴向插入。否则，由于压缩机壳体14相对于压缩机叶轮16的几何形状，这将是不可能的。

V形带夹17在涡轮增压器中是已知的附接手段，并且出于低成本、将部件附接在一起所需要的操作数量少的原因，以及出于在部件之间提供足够牢固的附接而是有用的。

在轴承座8的涡轮机4端处，使用不同的附接手段用于将涡轮机4固定到轴承座8。如图1a所示，紧固件38a、38b用于将涡轮机4特别是其涡轮机壳体10固定到轴承座8。尽管在图1a中仅示出了两个紧固件38a、38b，但这些紧固件仅是绕轴线34分布的更多的紧固件中的一些。图2a-图2d提供了可以被使用的紧固件的布置和数量的更好的指示。

为了指定涡轮机壳体10被附接到轴承座8的方式，轴承座8被限定为包括主体40和安装法兰42。主体40和法兰42被一体形成为单个单元。主体40限定了轴承座8中的大部分，并且滚子轴承组件20和止推轴承组件22被接纳在主体40中。安装法兰42围绕主体40延伸。也就是说，安装法兰42至少部分地包围主体40。

在下方结合图1b将更详细地讨论各种特征，图1b是图1a布置的安装法兰42和紧固件38a的放大图。

参考图1a，紧固件38a、38b被用于将涡轮机4固定到轴承座8。紧固件38a、38b穿过在安装法兰42中相应的孔，或被接纳在安装法兰42的相应孔中。孔在图1a中不是清楚可见的，但是将被领会的是，孔通过安装法兰42的紧固件38a、38b的存在而被隐含地表示。紧固件38a、38b在安装法兰42中穿过的孔是间隙孔。也就是说，孔没有螺纹并且仅允许紧固件38a、38b穿过其中。在涡轮机壳体10中相应的孔44a、44b带有螺纹，并且紧固件38a、38b特别是其中的螺纹部分在孔44a、44b中被接纳。应当注意，孔44a、44b的螺纹和紧固件38a、38b的螺纹部分的螺纹在图1a中未被示出。

紧固件38a、38b穿过在安装法兰42中的孔，并被涡轮机壳体10的螺纹孔44a、44b接纳。然后紧固件38a、38b被拧紧。随着紧固件38a、38b被拧紧到更大的程度，其螺纹部分与涡轮机壳体10的螺纹孔44a、44b接合。随着紧固件38a、38b被拧紧，涡轮机壳体10被靠拢或被推动与轴承座8的安装法兰42的接触。特别是，涡轮机壳体10的相应的安装法兰46接合安装法兰42。这种接合或邻接限定了涡轮机壳体10关于轴承座8的轴向对齐，并同样限定了涡轮机4关于轴承座8的轴向对齐。也就是说，在涡轮增压器2的组装期间，涡轮机壳体10沿轴线34朝向轴承座8被推动。在涡轮机壳体10的安装法兰46邻接轴承座8的安装法兰42的位置处，涡轮机壳体10被轴向定位，并且不能沿该轴向方向被进行任何进一步移动。换句话说，安装法兰42、46的组合限定了涡轮机壳体10的轴向行程的极限。

在图1a中也示出了隔热罩47，所述隔热罩47保护轴承座8免受至少一些高温废气的影响，所述废气在涡轮增压器2的运行期间通过涡轮机4膨胀。

如以上所提到的，在涡轮增压器2的运行期间，热废气进入涡轮机4的废气入口24，穿过环形进气室28并通过涡轮机叶轮12膨胀。然后废气经由废气出口26离开涡轮机4。热废气的膨胀经由轴18驱动涡轮机叶轮12或使涡轮机叶轮12旋转，并进而驱动压缩机叶轮16或使压缩机叶轮16旋转。在运行期间，废气温度可以达到超过1000℃。由于废气通过涡轮机4的流动，涡轮机4特别是其涡轮机壳体10，由于通过对流的方式的热传递而提高了温度。反过来，涡轮机4的温度提高会导致轴承座8的温度提高。特别是，因为安装法兰42与涡轮机壳体10的相应的安装法兰46热连通，所以轴承座8在涡轮增压器2的运行期间温度提高。在涡轮增压器2的运行期间尤其令人关心的是，由于在涡轮机4中的废气的温度而引起的安装法兰42中的应力。

安装法兰42、46都在涡轮增压器2的运行期间膨胀和收缩，但以不同的速率。这在安装法兰42、46中都引起了热应力。因为安装法兰42、46被紧固件38a、38b限制，所以在安装法兰42、46中也引起热应力。涡轮机壳体10的安装法兰46由于热废气，将随它的温度提高而膨胀和变形。轴承座8的安装法兰42本身也将随它温度提高而膨胀和变形。膨胀和收缩可以另外被称为变形。由于涡轮增压器2以循环特点运行，因此影响会恶化。也就是说，涡轮增压器运行一段时间，然后该运行被停止一段时间。在涡轮增压器2运行的期间，热废气流动通过涡轮机4并提高周围部件的温度。在涡轮增压器未运行的期间，没有热废气流动通过涡轮机4，因此周围温度恢复到环境温度。由于热废气流而引起的温度提高，在安装法兰42以及其他部件中引起上述应力。鉴于这发生在循环中，涡轮增压器2的循环运行会在安装法兰42中引起热疲劳故障。这反过来会导致涡轮增压器2的故障。

此外，在安装法兰42附近的热疲劳会导致紧固件38a、38b的预载荷(在螺栓与螺纹孔接合的情况下，当扭矩被施加到螺栓时在螺栓上的残余载荷)的损失。也就是说，紧固件38a、38b被逐渐迫使离开涡轮机壳体10的螺纹孔44a、44b，从而远离涡轮机壳体10的螺纹孔44a、44b。实质上，紧固件38a、38b被迫使离开涡轮机壳体10，这会导致紧固件38a、38b逐渐脱离涡轮机壳体10的螺纹孔44a、44b或从涡轮机壳体10的螺纹孔44a、44b解开。最终，如果预载损失持续到不可接受的程度，在安装法兰42和涡轮机壳体10的相应的安装法兰46之间是有断开风险的。

本发明降低了在涡轮增压器2的运行期间从废气经由涡轮4传递到轴承座8的热量。本发明也降低了热疲劳。

图1b是图1a的感兴趣的区域的放大图。在图1a中不可见的特征如图1b所示。特别是，安装法兰42的一个孔被编号为48并且可以看到该孔延伸通过安装法兰42。此外，在紧固件38a的柄部的外边缘和孔48的内表面之间可以看到间隙。涡轮机壳体10的相应的安装法兰46和安装法兰42的接合也是可见的。特别是，轴承座安装法兰42的第一面50接合相应的涡轮机壳体安装法兰46。在轴承座8和涡轮机壳体10之间的隔热罩47的位置在图1b中被更清楚地表示。

继续讨论本发明的特定特征，轴承座安装法兰42包括与多个孔48连通的多个腔52。如图1b所示，可以在涡轮机壳体10的相应的安装法兰46和安装法兰42的第二面54之间看到一个这样的腔52。换句话说，腔52被限定在安装法兰42的第一面50和安装法兰42的第二面54之间。腔52也在图2a至图2c的各种透视图中被示出。

一起参考图1和图2，腔52是围绕安装法兰42被周向设置的多个腔中的一个。也就是说，多个腔围绕轴线34分布，轴18、压缩机叶轮16和涡轮机叶轮12绕着轴线34旋转。每个孔48有一个腔52。

每个腔52在轴承座8的安装法兰42的第一面50和安装法兰42的第二面54之间提供热中断。

多个腔中断了热从涡轮机壳体10到轴承座8的安装法兰42用于传导的热路径。多个腔从而降低了在涡轮增压器2的运行期间由安装法兰42达到的温度。因为热疲劳在材料的温度提高时恶化，所以这是希望的。此外，因为材料具有热膨胀的系数，导致材料在较高温度下的更大的膨胀/变形，所以应力在较高的温度下提高。类似地，在较高温度下，涡轮机壳体10具有更大的变形，并且其安装法兰46同样具有更大的变形。这也助力于轴承座8的安装法兰42中应力的提高，安装法兰42、46被相互接合。总之，由腔52提供的热中断降低了在涡轮增压器2的运行期间由安装法兰42达到的温度，出于改进性能的原因，这是有益的。

多个腔在图2a-图2c中的透视图中被示出，并且这些图将在下方被更详细地描述。

返回到图1b，示出的进一步特征为周向的外围唇缘56。周向的外围唇缘56形成安装法兰42的一部分，并限定安装法兰42的径向最外面的部分。从图1b可以看出，周向的外围唇缘56从腔52的径向最外面的点52a径向向外突出。因此，在周向的外围唇缘56和腔52的径向最外面的部分52a之间形成台阶式的几何形状。也伴随周向的外围唇缘从第一面50特别是第一面50的径向最外面的点径向向外延伸。

周向的外围唇缘56优选具有均匀的厚度。均匀的厚度更容易制造并提供了更均匀的热行为(即，降低一个区域变得特别热的可能性)。所述厚度优选在约3mm和约10mm之间。约6mm的厚度是优选的。周向的外围唇缘56优选与第二面54成直线延伸。也就是说，周向的外围唇缘56或其面优选与第二面54位于相同的平面中。出于能够同时机加工安装法兰42的第二面54和周向的外围唇缘56的原因，这是有利的。与第二面54相关的厚度也优选在约3mm和10mm之间，特别优选约6mm。也就是说，优选的相关的厚度与优选的周向的外围唇缘56的厚度相同。“相关的厚度”指在第二面54和在安装法兰42的另一侧上的相对的第三面55(见图2c)之间的材料的厚度。

因为材料的额外“唇缘”提供了更大的体积，来自涡轮机壳体10的热量可以通过该体积被传导，所以周向的外围唇缘56是有利的。也就是说，由周向的外围唇缘56提供的增加的体积增加了安装法兰42的热惯性，意味着在涡轮增压器2的使用期间温度不会被提高太多。换句话说，附加的体积更能够抵抗安装法兰42的温度改变。

周向的外围唇缘56的材料的额外“唇缘”也提供了更大的表面区，热量可以通过该表面区辐射。

在涡轮增压器运行期间，周向的外围唇缘56在降低安装法兰42的螺栓孔中引起的应力方面可能是特别有利的。这将在下面被详细描述。

图2a-图2d示出了根据本发明的轴承座8的各种透视图和横截面图。图2a-图2d的轴承座8主要对应于图1a和图1b的轴承座8。然而，图1a和1b的轴承座8不包括材料的台阶式部分64(在下方解释)。

以图2a开始，提供了来自涡轮机端的轴承座8的透视图。也就是说，当涡轮增压器2被完全组装时，在图2a中可见的轴承座8的大部分被涡轮机4遮挡。

轴承座8的圆顶(dome)58在图2a中是可见的。当涡轮增压器2被组装并包括轴承座8时，圆顶58邻接于(图1a和图1b中的)隔热罩47。也就是说，隔热罩47(在图2a中未被示出)介于圆顶58和涡轮机叶轮12。在图2a中也示出了孔口60，当涡轮增压器2被组装时，轴(在图2a中不可见)通过所述孔口60被接纳。

在图2a中的轴承座8的透视图更清楚地展示了形成安装法兰42的部分的腔52的布置。在图2a中，腔52的整个周向的布置被图示，其中三个这样的腔用附图标记52被特别表示。如将被观察的，周向的布置是绕安装法兰42的圆周的连续分布。换种方式说，腔52共享相同的几何形状，并且从涡轮增压器2的轴线34(在图2a中未示出)以相同的半径分布。孔48也在图2a中示出，并且结合图2b将被更详细地描述。

也示出了相对于安装法兰42的第一面50的腔52中的每一个的轴向凹进的特点。如图2a所示，第一面50可以由多个单独的面形成，并且不必为单个、连续的面。然而，术语第一面50旨在指代在使用中与涡轮机壳体10的安装法兰46以面向的关系位于平面中的一个面或多个面的集合。该平面或布置允许第一面50间接或直接地与涡轮机壳体的相应的安装法兰接合。

如图2a所示，腔52是弓形的。也就是说，腔中的每一个由圆的圆周的一部分限定，该部分具有恒定的半径。腔52通常是半圆形的。优选地，恒定的半径在约10mm和约15mm之间。在特别优选的布置中，恒定的半径约为13.5mm。从图2a中将被领会的是，腔52中的每一个的恒定的半径的原点位于安装法兰42的外侧。也就是说，限定腔52中的每一个的圆的中心点没有位于安装法兰42内。腔52中的每一个的半径可以不是恒定的。也就是说，半径可以改变。类似地，半径可以在每个单独的腔上或在所有腔上是恒定的，即所有腔可以具有相同的半径。然而，半径可以在腔之间变化。将被领会的是，描述腔的几何形状的细节的以上特征都是可选的特征，并不是本发明的必须的要求。

如在图2a中图示的并且如上所述的腔52在具有相对大的体积方面是有利的。因此，上述几何形状的腔在轴承座8的安装法兰42和涡轮机壳体的相应的安装法兰之间并且在使用中提供了更大的热中断。此外，腔52还提供了材料的台肩或厚度(至少部分由第一面限定，如下所述)，其提供了涡轮机壳体的安装法兰相对于轴承座8的安装法兰42的对齐。因此，腔52的几何形状提供了大体积的可取的平衡，以及如此良好的热中断性能，同时还提供了对齐特征，以促进涡轮增压器的组装。腔52也可以使用标准机加工过程被制造(在下方被更详细地描述)。

尽管图示了恒定半径的腔52在整个的多个腔上半径是一致的，但是腔52的其他几何形状可以被另外使用，如以上所解释的。然而，图示的轴承座8的运行的计算模型已经示出，图示的恒定半径的腔52是特别有效的。计算模型的结果将在下方被更详细地描述。

在涡轮增压器2被组装之后，腔52通常保持为中空。也就是说，除了可以通过相应的孔被插入的螺栓之外，没有间隔件或其他部件或材料被设置在腔52中。

图2b是在图2a中被示出的轴承座8的腔52的近视图。

在图2b中更清楚可见的是被限定在第一面50和周向的外围唇缘56之间的内拐角62。如图所示，内拐角62优选为圆角。约0.5mm的圆角半径是优选的。“尖锐”拐角，即非圆角拐角，可能会另外成为应力升高特征，这会促进裂纹的传播，这在疲劳磨损机制中尤其是成问题的。因此，圆角拐角降低了在该区域中的应力集中，并降低了裂纹萌生和随后传播的可能性。出于改进的鲁棒性和更好的磨损性能的原因，这是有益的。

为了进一步改进安装法兰42特别是在周向的外围唇缘56的区域中的疲劳性能，该区可以被喷丸处理。喷丸处理在周围材料区域中引起残余压应力。所述残余压应力降低循环疲劳的影响，改进安装法兰42的鲁棒性。

还可以看到周向的外围唇缘56径向突出超过腔52的径向最外面的点52a。如以上所提到的，凭借材料具有更大的体积，出于降低应力并提高安装法兰42的热惯性的原因，在安装法兰42的材料中的这种径向增加是有益的。安装法兰42的孔48也被示出为周向分布的布置。

图2a和2b都示出了安装法兰42的孔48以及腔52如何与孔48连通。具体地，连通旨在指代各类的对齐，从而孔48被设置为邻近腔52。也就是说，如果流体要流动通过腔52，则所述流体也会流动通过孔48。换句话说，孔48穿过腔52。腔52和孔48也可以说被周向对齐。孔48是间隙孔。也就是说，如结合图1b所描述的，当结合有轴承座8的涡轮增压器被组装时，诸如螺栓的紧固件穿过孔48，然后接合在涡轮机壳体中的螺纹孔。这是有利的，因为紧固件的头部从轴承座8侧接近，而不是从涡轮机壳体侧接近。

尽管腔52与孔48连通，但它们不是必须相互同心地对齐。也就是说，腔52绕第一半径周向分布，并且孔绕第二半径周向分布。在图示的布置中，第二半径小于第一半径。也就是说，孔48可以与腔52同心地对齐或可以不与腔52同心地对齐。类似地，在图示的布置中，腔52和孔48的数量相同。也就是说，孔48与每个腔52相关。然而，在其他布置中，可以有比腔52更多或更少的孔48。

从图2a和2b中将被领会的是，尽管有腔52的存在，但第一面50仍提供了面或表面，轴承座8可以关于所述面或表面与涡轮机壳体10对齐。特别是，第一面50限定平面，并且位于该平面中的任何特征可以直接或间接地与涡轮机壳体10的相应的安装法兰接合。这在安装法兰42和相应的安装法兰46之间以及更重要的在轴承座8和涡轮机4之间提供了轴向对齐。这是在仍结合腔52的同时实现的，所述腔52提供热中断，以降低从涡轮机壳体10到安装法兰42并同样到轴承座8的热量的传递。换句话说，腔52以某种方式使安装法兰42与涡轮机壳体10的相对较热的表面以及其相应的安装法兰46热隔离。

如已经被提到的，这些影响凭借周向的外围唇缘56而得到辅助，所述周向的外围唇缘56提供进一步的材料以抵抗温度改变并分散任何的热应力。周向的外围唇缘56还提供更大的表面区，热可以通过所述表面区辐射，以降低安装法兰42的温度。

周向的外围唇缘56以在约1mm和约5mm之间的半径从第一面50特别是第一面50的径向最外面的点径向向外延伸。也就是说，相对于腔52的径向最外面的点52a并且同样相对于第一面50，周向的外围唇缘56径向延伸或突出约1mm和约5mm之间。优选地，周向的外围唇缘56在半径上延伸约2mm。

在图2c和图2d中被示出但未在图1a或图1b中被示出的另一个特征是材料的台阶式部分64。材料的台阶式部分64可以被另外称为材料的台阶或热质量的附加。材料的台阶式部分64优选围绕轴承座8延伸360°。也就是说，材料的台阶式部分64优选围绕主体40周向延伸。台阶式部分64在安装法兰42和主体40之间将更多的材料提供在轴承座的压缩机侧上。这种材料的增加的量或增加的体积提高了热惯性，使周围材料(包括主体40)对于温度改变更有抗性。换句话说，材料的台阶式部分有助于降低安装法兰42在涡轮增压器的运行期间达到的温度。此外，材料的增加的量再次提供了材料的更大区，应力可以通过所述区被分散，从而降低在涡轮增压器的运行期间经历的峰值应力。材料的台阶式部分64优选在轴向方向上延伸约5mm和约15mm之间，并且更优选为约10mm。应当注意，所述材料的台阶式部分64未在图1a或图1b中被示出。

邻接材料的台阶式部分64，设置了平坦区域65。平坦区域被设置为朝向轴承座8的压缩机侧。

在图2c和图2d中也示出了一系列通道36，在涡轮增压器的运行期间，油通过这些通道被供应到滚子轴承组件。值得注意的是，滚子轴承组件未在图2d中示出，但在图1a中示出，被标记为20。孔39在图2c中也是可见的，所述孔39可以被用于将轴承座8安装到发动机或发动机舱。

在图8中图示了轴承座的不同设计的原位和横截面。

图8是涡轮增压器组件的一部分的剖视图，该涡轮增压器组件结合有轴承座400和涡轮机壳体402。轴承座400的许多特征与在图1a-图2d中图示的轴承座8共享。然而，涡轮机壳体402到轴承座400的安装是不同的。

图8的轴承座400包括主体403和轴承座安装法兰404。安装法兰404围绕主体403延伸。隔热罩406设置在轴承座400的安装法兰404的一部分和涡轮机壳体402之间。

安装法兰404包括多个腔，一个这样的腔是可见的并且用数字408表示。像结合较早的实施例所描述的腔那样，腔408在轴承座400和涡轮机壳体402之间提供热中断。尽管从图8中不可见，但多个腔可以像在图2a和图2b中示出的那样周向分布。

不像较早的实施例那样，在安装法兰404的外围和涡轮机壳体402(特别是其安装法兰412)之间存在间隙410。间隙410存在以确保隔热罩406被固定地保持在轴承座400的安装法兰404和涡轮机壳体402的安装法兰412之间。间隙410可以为例如约0.25mm。

在该实施例中，轴承座400的安装法兰404可以被限定为包括附接部分416和对齐部分418。正如这些特征的命名所表明的，附接部分416有助于将轴承座400固定到涡轮机壳体402。特别是，附接部分416被配置为将轴承座400固定到涡轮机壳体402的相应的附接部分420。类似地，对齐部分418有助于使轴承座400相对于涡轮机壳体402的对齐部分422对齐。

鉴于以上限定，间隙410被设置在附接部分416、420之间。类似地，隔热罩406插入对齐部分418、422。

在图示的实施例中，安装法兰404的附接部分416被设置在对齐部分418的径向向外侧。附接部分416也是安装法兰404的与对齐部分418不同并分离的部分。

在图8的实施例中，轴承座400的对齐部分418包括第一面414。因此，在该实施例中，轴承座400的安装法兰404的第一面414被设置成比在先的实施例更靠近涡轮增压器的旋转的轴线(第一面在图1中被标记为34)。第一面414与涡轮机壳体402的对齐部分422间接接合。

隔热罩406被夹在轴承座400的对齐部分418的第一面414和涡轮机壳体402的相应的对齐部分422之间或被保持在轴承座400的对齐部分418的第一面414和涡轮机壳体402的相应的对齐部分422之间。

因此，腔408仍相对于第一面414凹进。此外，腔408直接依靠第一面414。腔408可以被称作凹进到第一面414内，或被形成在第一面414中。

尽管图示的附接部分416提供了螺栓连接，但该布置可以可替代地联合V形带夹使用。在这样的实施例中，用于接纳穿过其中的紧固件的任何孔可以从轴承座的附接部分被省略。

像第一实施例那样，第二实施例提供了在轴承座400和涡轮机壳体402之间的界面处的热阻被提高的可取的功能。因此轴承座400在更大程度上与涡轮机壳体402热分离。这导致从相对较热的涡轮机壳体402到轴承座400(以及在其中的相关部件)的热传递降低。由于腔408被形成在第一面414中并因此被暴露在外部，所以腔408也可以被容易地机加工。因此，类似于第一实施例的诸如铣削的工艺可以被用于制造腔408。

结合第一实施例的腔所描述的任何可选的特征也可以联合第二实施例使用。

出于减少螺栓松动和/或螺栓破裂的原因，可以优选像第一实施例那样的“无间隙”设计。无间隙设计旨在意味着在轴承座和涡轮机壳体的各自的附接部分之间的连接处或在轴承座和涡轮机壳体的各自的附接部分之间没有间隙。

图3a-图3c示出了传统的轴承座100的设计。如将被观察的，传统的轴承座100也结合有安装法兰102。然而，安装法兰102不包括如结合根据本发明的轴承座8所描述的任何腔或周向的外围唇缘。类似地，轴承座100不包括材料的台阶式部分。

因此，不存在降低在使用中由安装法兰102所达到的温度的特征，因此，安装法兰102会经历过多的热应力，并可能灾难性失效，特别是热疲劳。特别容易受到这种故障影响的区域是靠近孔104的区域。

由于孔104延伸穿过安装法兰102，孔104中的每一个的径向外侧以及同样地孔104中的每一个的径向内侧存在减小的材料厚度。这些区域中的第一个是外直径106的区域，即在孔104和安装法兰102的最外面的直径之间的区域。另一区域是圆顶侧区域108，所述圆顶侧区域108被设置在圆顶110和孔104之间。

对于传统的轴承座100，裂纹可以在外直径区域106或圆顶侧区域108中传播。特别地，如果裂纹在圆顶侧区域108上传播，润滑剂(例如油)可能从轴承座100泄漏，这会由于内置的滚子轴承的润滑的缺乏而导致灾难性故障。这至少部分是由于圆顶110靠近内腔113(参见图3c)，而在涡轮增压器的运行期间润滑剂流动通过内腔113。类似地，裂纹在外直径区域106中的传播会导致安装法兰102邻接涡轮机壳体的相应的安装法兰的故障。这会导致废气通过设置在它们之间的间隙的泄漏，从而会导致低的增压压力。此外，在任何区域中的裂纹的传播都可能分别导致涡轮机和轴承座的安装法兰的分离。如果运行继续，这继而会导致涡轮增压器的灾难性故障，即主要功能的损失。

因此，本发明提供了许多特征，当被应用到传统的轴承座100时，这些特征提供改进的热疲劳性能，并降低在涡轮增压器的运行期间安装法兰102所经历的温度。此外，这是在没有显著增加轴承座的材料的体积以及同样没有显著增加轴承座的重量和制造的相关成本的情况下实现的。

出于所考虑的涡轮增压器的可靠性的原因，任何种类的泄漏或故障显然是不可取的。此外，在保修单据作为涡轮增压器销售的部分被提供的情况下，泄漏或故障会对制造商产生经济负担。因此，至少出于以上原因，希望改进涡轮增压器的性能和/或可靠性。

在图3a-图3c中也可以观察到，不存在图2a至图2d中被示出的各种周向的外围唇缘。因此，更少体积的材料有助于安装法兰的热惯性并分布(分散)在使用中安装法兰102所经历的应力。

图3b以不同的透视图示出了轴承座100。因此，一系列通道112，特别是其开口是部分可见的。值得注意的是，不像在图2c和图2d所示出的那样，在图3a-图3c的轴承座100中没有材料的台阶式部分。这在图3c中尤其可见，所述图3c是在与图2d的相同位置处截取的横截面图。不像在图2d中的材料的台阶式部分64那样，图3c示出了被设置在安装法兰102的压缩机侧和轴承座100的主体部分(轴承被接纳在主体中)之间的沟槽114。出于减轻重量的原因结合沟槽114，即材料被去除以降低涡轮增压器的重量。由于沟槽114的存在，与图2d的情况相比，在图3c中出现在安装法兰102附近的材料的体积相对更小。这意味着安装法兰102的热惯性较低，引起的峰值应力可能会较高，这两者都导致对于图3a-图3c的轴承座100在涡轮增压器的运行期间相对于在图2a-图2d中所示出的轴承座8的性能降低。

图3c也更清楚地示出了与在图2d中所图示的轴承座8相关的其他特征，或特别是缺乏这些特征。

尽管到目前为止所图示和所描述的布置仅结合有在其中具有多个孔的安装法兰，但对于将轴承座螺栓构造到涡轮机壳体，本发明也适用于通过使用V形带夹将轴承座固定到涡轮机壳体的布置。在这种布置中，由于省略了任何螺栓，所以可以具有在安装法兰不存在孔特别是通孔的情况。然而，还可以在V形带夹的布置中结合有腔的周向布置，因为几何形状在降低从涡轮机壳体到轴承座的热传递中还是有效的。换句话说，根据本发明的几何形状仍在安装法兰和涡轮机壳体之间提供热中断，而与这两个部件如何被固定在一起无关。

将要领会的是，可能需要进行小的修改以提供被V形带夹接合的法兰。在图1a中示出了V形带夹的示例，尽管所述V形带夹17被用于将压缩机壳体14固定到压缩机背板15。

V形带夹可能是不太优选的，因为V形带夹可能不能提供与类似的螺栓结构一样高的夹紧载荷。在螺栓布置中，夹紧载荷被更均匀地散布在法兰上，并因此相对于V形带夹可以提供更大的夹紧载荷。此外，螺栓是便宜的机械紧固件，因此它们的结合可以比V形带夹相对更便宜，尽管需要更多数量的螺栓(即与单个V形带夹相比)。然而，螺栓结构需要每个单独螺栓的紧固，相反由于V形带夹的周向延伸特点，V形带夹可以在一个动作中被固定。

在使用V形带夹结构的情况下，相同的腔将不会被暴露。也就是说，腔的另外的外部暴露表面(像在图2b中编号为52a那样)将被V形带夹覆盖。

螺栓结构或V形带夹的选择可以取决于由所讨论的法兰可能经历的振动或弯曲。此外，V形带夹或螺栓结构的抉择可以取决于涡轮增压器被安装在发动机或发动机舱内的方式。

如果涡轮增压器通过涡轮机被安装，则可以使用螺栓结构。这可以促进支撑涡轮增压器(由于偏置安装而充当悬臂)的质量和/或支撑外部管道载荷和/或降低发动机振动的影响。或者，如果涡轮增压器通过轴承座被安装，则反而可以使用V形带夹。这会是因为涡轮增压器的质量绕安装件被更均匀地分布，使得不会经历显著的悬臂效果。以上仅为示例，并非旨在限制。最终，发动机结构可能影响、支配或需要将涡轮机壳体固定到轴承座中的V形带夹或螺栓结构的使用。类似地，存在与使用螺栓结构或V形带夹相关的优点和缺点。

无论使用V形带夹还是螺栓结构，本发明的特征都可以被结合以改进所讨论的涡轮增压器的热性能。在腔52的制造被解释之后，根据本发明的轴承座8的计算模型的结果将在以下的部分中被讨论。

通常，轴承座通过铸造被制造。也就是说，熔融金属被倒入模具内，并被允许冷却以形成轴承座。通常，轴承座由各种灰口铸铁铸造而成。

在轴承座被铸造后，轴承座的一些特定特征被机加工成所需要的公差和/或表面光洁度。一个这样的特征是安装法兰。

安装法兰在涡轮机侧上被机加工，以产生光滑的表面光洁度，产生适当的公差以允许轴承座和涡轮机壳体根据需要对齐。类似地，安装法兰的孔通过钻孔或铣削的方式被机加工，并且周围表面被随后机加工成合适的表面光洁度/公差。

根据本发明，轴承座在安装法兰中也包括多个腔。根据本发明的轴承座8可以具有通过机加工或铸造产生的腔52。

通过机加工制造腔52是有利的，在于已经对孔48进行机加工。因此，不需要进一步的工具。此外，机加工不是必须改变用于铸造轴承座8的模具，模具通常是非常昂贵的并且难以修改。然而，机加工可能是一个缓慢的过程，这不可避免地增加轴承座8的制造成本。此外，在大量材料被去除的情况下，对于腔52，将是为完成操作所花费的时间甚至进一步增加的情况。

通过铸造来制造腔52是有利的，在于腔52可以形成有轴承座8的其余部分。因此，一旦模具被相应地修改，对于被制造的每个轴承座8就不需要进一步的操作。然而，如以上所提到的，修改模具可能会很昂贵，并且必须注意避免在铸造过程中材料的量不均匀，这可能由于例如不同特征的不均匀冷却而导致材料缺陷。

在腔52通过铸造被制造的情况下，为了“清理”第一面50和第二面54，可能需要进一步的机加工步骤。也就是说，仅举一些例子，为了满足公差和/或表面光洁度的要求，周围的面可能需要进一步机加工。此外，为了机加工孔48(也就是在孔48被需要的地方，即在螺栓结构中)，可能还需要机加工过程。通常，在腔52被机加工之后孔48将被机加工。

或者，腔52可以通过铸造被制造而不需要进一步的机加工步骤。

机加工过程可以包括铣削；和锪孔，用于特定目标区域的特定类型的铣削)。

将被领会的是，被利用以产生腔52的制造过程将影响产生腔所花费的时间，以及腔被产生的时间点。例如，如果腔通过机加工被产生，则比起如果它们通过铸造被产生，它们将以更晚的时间点被产生。

继续讨论根据本发明的轴承座的在热性能中的改进如何被量化，图4和图5是在其中存在许多结果的表格。

从图4开始，与根据本发明的轴承座相比，这些结果涉及到传统的轴承座设计的热性能的计算模型。

这些数据涉及到轴承座是“干燥”的边界条件。也就是说，轴承座一般可以通过润滑剂流体被冷却或可以不通过润滑剂流体被冷却，但出于分析的目的，轴承座不通过润滑剂流体被冷却。作为边界条件，使用“干燥”轴承座，因此代表其中热裂纹最有可能被观察到的“最坏情况”的运行条件。换句话说，“干燥”边界条件是相对恶劣的边界条件，最容易引起热裂纹。为了完整性，在使用中，热裂纹在干燥轴承座(即未通过润滑剂流体被冷却的轴承座)中是最经常被观察到的。涉及到的润滑剂也旨在包括水(即水冷轴承座)。在一些应用中，可以使用通常通过润滑剂流体被冷却的轴承座，而无需润滑剂流体(即现实生活中的“干燥”条件)。

表格示出了相对于传统轴承座，根据本发明的轴承座的设计改变和材料改变的组合如何意味着新轴承座的强度应力比率(SSR比率)在所有实例中被改进。

SSR比率是设计余量的量度，并且等于材料的强度除以在材料中引起的应力。SSR比率>1表示建议的几何形状是“可以的设计”，即材料可以承受预期在使用中所经历的应力。SSR比率<1表示建议的几何形状是不可以的设计，因此会预料到出现裂纹。

“朝向法兰的外侧”和“朝向圆顶侧”指在图3a中分别用数字106和108表示的位置。“涡轮机侧”/“压缩机侧”的变量指的是从安装法兰的那一侧所获取的数据。“开孔区”/“螺栓孔区”指的是在运行中，安装法兰的仅一些孔接纳穿过其中的螺栓(用于螺栓结构)的事实。通常，在安装法兰中的孔的数量是在涡轮机壳体中的螺纹孔的数量的两倍，从而使用螺栓将它们相互固定。这是车辆制造商根据对不同发动机结构的要求而允许涡轮机壳体相对于轴承座旋转。因此，在螺栓结构中，一些孔将接纳穿过其中的螺栓，同时其他孔保持空的。

从表的相关部分可以看出，对于传统设计的SSR比率，根据本发明的轴承座的所有的SSR比率都被改进。此外，除了一个SSR比率之外，所有的SSR比率都>1，因此甚至在没有冷却的情况下设计将是可以的。

表格也表示由轴承座中的每一个所达到的最高温度。将会观察到，根据本发明的轴承座的最高温度明显低于传统轴承座设计的最高温度。如上所述，出于降低峰值应力并改进热性能的原因，这是有利的。

此外，由于在材料选择中的不同，根据本发明的轴承座能够经受的温度极限也高于传统设计。因此，即使温度没有变低，根据本发明的轴承座无论如何也将能够承受温度。如从图4清楚发现的，350-400℃的传统材料选择和传统轴承座设计的温度极限都超过安装法兰的开孔和螺栓孔。因此，预料至少在一些实例下会导致热裂纹。

图4也暗示根据本发明的轴承座相对于传统轴承座的改进的热疲劳性能。疲劳性能在下方结合图5被详细描述。

图5是示出相对于传统设计“无槽设计”的轴承座，根据本发明“有槽设计”的轴承座的各种特征的疲劳性能的汇总表格。归因于本发明的改进也在最右侧列中以百分比被表示。

用于产生来自图5中的表格的数据的轴承座由相同的材料(硅钼SG铁)制成。因此，在图5的表格中的数据证实，按照本发明，仅几何形状改变就可以获得疲劳性能的改进，并且材料改变不是必需的。

在热疲劳模拟中，其结果在图5中被示出，每个疲劳循环包括：

·0.01s冷稳态，其中穿过涡轮机壳体的气体温度为160℃；

·～200秒的瞬时加热；

·0.01s热稳态，其中穿过涡轮机壳体的气体温度为730℃；和

·～200秒的冷却时间。

换句话说，每个疲劳循环包括持续约200秒的加热循环以及还持续约200秒的冷却循环。

在模拟中应用的稳态条件代表最坏情况的事态。也就是说，在使用中，热条件不像在模拟中使用的那样极端。

图5主要表示的是，与传统的轴承座设计相比，本发明极大提高了各种几何形状特征的疲劳寿命。这由“％改进”列被量化，改进的范围从519％到4200％。

表格也示出了，特征“肋区域附近的圆角区”经受51个疲劳的循环。该特征凭借腔而存在，因为在传统的轴承座设计中没有等效的腔，所以没有对于“无槽设计”条目的比较数据。简要参考图2b，“肋区域附近的圆角区”特征是在第一面50和第二面54之间的周向延伸的材料的“带”。换句话说，周向延伸的带与第一面50和第二面54的组合限定腔52中的每一个。“肋区域附近的圆角区”通过在图2b中的参考数字63表示。

尽管带的疲劳寿命看起来相对较低，但仍显著高于传统设计的其他方式的最低疲劳寿命的特征。也就是说，虽然51的值看起来低，但在传统轴承座设计中开孔的区域径向外侧仅能承受9个疲劳循环。应该记得，该测试是在“干燥”条件下进行的。也就是说，模拟没有考虑会另外循环通过轴承座的润滑剂的冷却流体。因此，这些结果仅提供了它们各自特征及在两个轴承座之间的相对疲劳性能的比较表示。

除了上述在热疲劳性能中的改进之外，本发明也有利于减少在螺栓中(在螺栓结构中)的“预载荷”的损失。

预载荷或夹紧载荷指当扭矩被施加在螺栓上时螺栓上的残余载荷，其中螺栓与螺纹孔相接合。由于周围材料的膨胀之间的差异，循环热载荷，例如在热疲劳中的循环热载荷，会导致预载荷的损失。膨胀中的差异会导致螺栓被推出孔，从而降低预载荷。最终，这可能会有螺栓完全脱离孔的风险，这会导致灾难性故障。

当螺栓头的下侧与端面齐平时，会有少量的预载荷。

图6a和6b是根据本发明的轴承座8的两个视图，其中涡轮机壳体10被附接到其上。在这些图中也图示了在轴承座8的安装法兰42中的孔48如何比螺栓36a的数量多(在图6a和6b中仅其中一个被编号)。这允许涡轮机壳体10根据发动机结构依需要相对于轴承座8进行旋转调节。油进口和油出口通道也被表示了，油进口通道在图1a中被编号为36。

在图示的布置中有八个螺栓，从而在涡轮机壳体10中有八个孔。在安装法兰42中有16个孔。这允许涡轮机壳体10相对于轴承座8以22.5°的增量被旋转定位。也就是说，在安装法兰42中只有一半的孔接纳穿过其中的螺栓，其余的孔保持空的。将被领会的是，在安装法兰或涡轮机壳体中可以使用更多或更少的螺栓和孔，但是多余的孔提供了涡轮机壳体相对于轴承座的旋转调节的手段。特别是，与使用的螺栓数量相比，孔的数量越多，涡轮机壳体10相对于轴承座8被可旋转地调节的解决办法就越多。减少使用的螺栓的数量也是可取的，因为使用的螺栓越多，用于组装涡轮增压器的所需要的时间就越多，并且相关成本也因此越高。

围绕安装法兰42的螺栓中的每一个被编号为1-8。还值得注意的是，存在四个锁定凸片37a-37d。锁定凸片37a-37d被夹在螺栓36a头的下侧和安装法兰42之间。通过降低螺栓由于热膨胀、振动或腐蚀而脱离涡轮机壳体10的螺纹孔的可能性，锁定凸片37a-37d被用于降低预载荷的损失。

在与以上结合图4和5描述的相同模拟中，螺栓1-8中的每一个的预载荷的损失在图7中被显示。图7是示出沿Y轴200的夹紧载荷的损失的条形图，对于沿X轴202对于常规轴承座设计204与根据本发明的轴承座206的螺栓位置1-8中的每一个。

如图7所示，并将螺栓位置1作为示例，对于传统轴承座设计的预载荷损失略低于60％，而对于根据本发明的轴承座设计的相对的预载荷损失约为30％。因此，根据本发明的特征提供了在螺栓位置1处的预载荷损失降低两倍的改进。换句话说，在螺栓位置1处，根据本发明的轴承座的预载荷损失显著低于传统设计，从而导致在性能中的改进。

这至少部分是由于传统轴承座设计的安装法兰的热膨胀相对较高的事实，这导致螺栓至少在一定程度上被“拉出”。在根据本发明的轴承座设计中，被修改的安装法兰由于各种热惯性增加和温度降低的特征而更不容易热膨胀。因此，根据本发明的安装法兰不太容易经受过多的热膨胀，否则会导致螺栓的预载荷的损失。

在模拟中，初始“启动”预载荷被认为是在涡轮增压器的组装期间被施加的。也就是说，初始预载荷对应于被施加到扭矩扳手或类似物的扭矩设置，该扭矩设置用于当涡轮增压器被组装时拧紧螺栓中的每一个。

传统轴承座设计的最大预载荷损失等于76％，而根据本发明的轴承座设计的最大预载荷损失约为33％。

就夹紧载荷而言，安装法兰变冷抵消了可归因于腔(其代表在安装法兰的夹紧面下方的间隙)的存在而导致的任何夹紧载荷的损失。否则，可以说间隙会导致“更软”的螺栓接合。

因此，在涡轮增压器的运行期间，本发明改进热疲劳性能，并降低与螺栓相关的预载荷的损失。换句话说，与传统的轴承座设计相比，安装法兰的SSR比率被显著改进，并且更高的夹紧载荷被保持在根据本发明的轴承座中。因此，根据本发明的轴承座克服裂纹传播问题，即热裂纹的形成，否则在常规的轴承座设计中，特别是在其安装法兰中会观察到热裂纹的形成。

根据本发明，会由于铸件改变被产生材料的台阶式部分，即在用于铸造轴承座的模具中的改变。类似地，周向的外围唇缘会由于铸件改变而被产生。腔可以通过对安装法兰的改变的方式而被产生，这可以凭借如上所述的铸件改变或通过机加工。

将被领会的是，腔、周向的外围唇缘和材料的台阶式部分中的每一个都有助于根据本发明的轴承座的在热性能的改进。然而，带有台阶式部分的腔产生了最显著的不同，例如，将热性能改进5-10％的数量级。

在更多材料被结合在主体中的情况下，将被领会的是，材料的增加提高主体的热惯性，从而使主体对温度改变更具抗性。此外，增加材料的量意味着传递到主体的任何热量都会比其他情况更快地从主体传导出去。这可能是因为有更多的表面区可用于热传递。

就特定的热传递过程而言，由于热废气通过涡轮机壳体的大量运动，在运行期间将发生对流传热。此外，还将有来自涡轮机，同样来自涡轮机壳体和轴承座的安装法兰的热量的传导。辐射传热也将发生。

紧固件包括螺栓。螺栓是紧固件的特定示例。

除了对轴承座、特别是其安装法兰的几何形状的改变外，还发现通过更改制造轴承座的材料的方式的进一步改进。

通常，轴承座由灰口铸铁制造。然而，申请人已经鉴定出由硅钼SG铁制造轴承座所产生的优点。

由硅钼SG铁制造轴承座的相关优点包括：

·改进的耐热特性；

·在热循环情景下(尤其是热疲劳)具有更好的性能；

·改进的可制造性；和

·与使用耐热钢相比，成本降低。

描述和图示的实施例被视为是说明性的而不是在特征中是限制性的，应当理解，仅示出和描述了优选实施例，并且落入在权利要求中所限定的本发明的范围内的所有改变和修改都是期望被保护的。关于权利要求，旨在当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”的词语作为特征的前言时，无意将权利要求限制为仅有一个这样的特征，除非在权利要求中另有特别说明。当使用语言“至少部分”和/或“部分”时，该项目可以包括部分和/或整个项目，除非另有特别说明。

如本文所阐述的可选的和/或优选特征可以被单独使用或在适当的情况下被彼此联合使用，特别是在所附权利要求中所阐述的组合。

Claims (23)

1.一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座包括：

主体，所述主体被配置为接纳一个或多个轴承，所述一个或多个轴承被配置为支撑轴绕着轴线的旋转；和

安装法兰，所述安装法兰围绕所述主体延伸并且包括：

多个孔，所述多个孔被配置为接纳穿过其中的紧固件；

第一面，所述第一面被配置为与涡轮机壳体的相应的安装法兰接合；和

多个腔，所述多个腔与所述多个孔连通，所述多个腔相对于所述第一面轴向地凹进。

2.根据权利要求1所述的轴承座，其中，所述腔绕着所述轴线周向地分布。

3.根据前述权利要求中任一项所述的轴承座，其中，所述腔是弓形的。

4.根据权利要求3所述的轴承座，其中，所述弓形腔具有恒定的半径。

5.根据权利要求4所述的轴承座，其中，所述多个腔中的每一个的所述恒定的半径在约10mm和约15mm之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轴承座，其中，所述安装法兰进一步包括周向的外围唇缘。

7.根据权利要求6所述的轴承座，其中，所述周向的外围唇缘从所述第一面的径向最外面的点径向向外延伸约1mm和约5mm之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轴承座，其中，所述多个孔中的每一个孔与所述多个腔中的每一个腔的相应的一个腔连通。

9.根据前述权利要求中任一项所述的轴承座，其中，材料的台阶被设置在所述安装法兰的第三面和所述主体之间，所述安装法兰的第三面与所述安装法兰的另一侧的所述第一面相反，所述材料的台阶绕着所述轴线基本上周向跨越。

10.根据权利要求9所述的轴承座，其中，所述材料的台阶在轴向深度上在约5mm和约15mm之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的轴承座，其中，所述腔的深度在约2mm和约5mm之间。

12.一种涡轮增压器，包括：

压缩机；

涡轮机，所述涡轮机包括在权利要求1中所限定的相应的安装法兰；和

根据前述权利要求中任一项的轴承座，所述轴承座在一端被连接到所述压缩机，在另一端被连接到所述涡轮机。

13.根据权利要求12所述的涡轮增压器，其中，紧固件用于将所述轴承座的所述安装法兰固定到所述涡轮机壳体的所述相应的安装法兰，所述紧固件插入通过所述轴承座的所述安装法兰的仅一些所述孔。

14.根据权利要求13所述的涡轮增压器，其中，所述轴承座的所述安装法兰包括2n个孔，并且所述涡轮机壳体的所述相应的安装法兰包括n个孔，并且其中，n个或更少的紧固件被分布在所述轴承座的所述安装法兰的所述2n个孔之间，并穿入所述涡轮机壳体的所述相应的安装法兰的n个或更少的孔，以将所述涡轮机壳体固定到所述轴承座。

15.一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座包括：

主体，所述主体被配置为接纳一个或多个轴承，所述一个或多个轴承被配置为支撑轴绕着轴线的旋转；和

安装法兰，所述安装法兰围绕着主体延伸并且包括：

第一面，所述第一面被配置为与涡轮机壳体的相应的安装法兰接合；和

多个腔，所述多个腔相对于所述第一面轴向地凹进；

其中，所述安装法兰被配置为通过V形带夹接合。

16.一种涡轮增压器，包括：

压缩机；

涡轮机，所述涡轮机包括在权利要求15中所限定的所述相应的安装法兰；

根据权利要求15所述的轴承座，所述轴承座在一端连接到所述压缩机，在另一端连接到所述涡轮机。

17.根据权利要求16所述的涡轮增压器，进一步包括V形带夹，所述V形带夹被配置为将所述轴承座的所述安装法兰固定到所述涡轮机壳体的所述相应的安装法兰。

18.根据权利要求1或15中任一项所述轴承座的制造的方法，所述方法包括以下步骤：

i)铸造所述轴承座；和

ii)机加工所述轴承座的所述第一面。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，步骤i)包括通过铸造生成所述腔。

20.根据权利要求18所述的方法，其中步骤ii)包括通过机加工所述第一面生成所述腔。

21.根据权利要求19或20中任一项所述的方法，当直接或间接地从属于权利要求1时，所述方法进一步包括机加工多个孔的步骤。

22.一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座由硅钼SG铁制造。

23.一种用于涡轮增压器的轴承座，所述轴承座包括：

主体，所述主体被配置为接纳一个或多个轴承，所述一个或多个轴承被配置为支撑轴绕着轴线的旋转；和

安装法兰，所述安装法兰围绕主体延伸并且包括：

附接部分，所述附接部分被配置为将所述轴承座固定到涡轮机壳体的相应的附接部分；

对齐部分，所述对齐部分包括第一面，所述第一面被配置为与所述涡轮机壳体的相应的对齐部分直接或间接地接合；和

一个或多个腔，所述一个或多个腔形成在所述第一面中。

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