CN1510259A - 压气机叶轮总成 - Google Patents

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Abstract

一种压气机叶轮总成，包括一安装在一旋转轴(8)上的压气机叶轮(7)，轴穿过沿叶轮(7)旋转轴线的通孔，而叶轮(7)咬合在轴(8)上，以使轴(8)的旋转通过咬合连接驱动叶轮的旋转。

Description

压气机叶轮总成
技术领域
本发明涉及一种转轴的压气机叶轮总成。特别涉及涡轮增压器的压气机叶轮总成。
背景技术
涡轮增压器为一种已知装置，在高于大气压(进气压)的情况下为内燃机的进气口供应空气。常规涡轮增压器基本包括：一在涡轮机壳体内安装在转轴上的排气驱动涡轮。涡轮的转动驱动在压缩机壳体内安装在轴另一端的压气机叶轮。压气机叶轮将压缩空气送至内燃机的进气管，从而提高压缩机动力。转轴支撑在轴颈和止推轴承上，止推轴承置于中间轴承壳内，中间轴承壳连接在涡轮和压气机叶轮壳体之间。
常规压气机叶轮包括一组叶片，叶片从中心轮毂伸出，中心轮毂上有用以接受涡轮增压器轴一端的通孔。压气机叶轮通过旋入轴端的螺母固定在轴上，在轴穿过叶轮孔处，支撑在叶轮前端，将叶轮固定在轴肩上(或其它径向伸出的随轴转动的接点)。为防止叶轮从轴上松脱而使叶轮失去平衡，足够大的夹紧力很重要。不平衡的叶轮至少会增加振动，从而缩短叶轮的使用寿命，最坏的情况会引起灾难性的破坏。
对涡轮增压器性能的最新要求是，要求给定尺寸的涡轮增压器提高气流，从而提高转速，比如超过100,000rpm。为适应这么高的转速要求，涡轮增压器的轴承，以及涡轮增压器的轴径必须减小。但是，使用相对小直径的轴对于常规压气机叶轮安装总成来说是成问题的，因为轴必须能经受住阻止叶轮松脱所需的高夹紧负荷。这样，轴的强度，也就是轴所能承受的夹紧负荷，会限制安装在轴上的压气机的质量。
以上问题随着涡轮增压器的发展而加剧，要求使用更高性能的材料，如密度大于常用铝合金的钛。此类材料惯性的增加将增大压气机叶轮松脱的可能，特别是压气机叶轮在运转的瞬时间内快速加速的条件下。常规压气机叶轮安装总成的加紧负荷可能会完全超出轴的承受范围。
避免上述问题的办法之一是使用所谓如美国专利US4,705,463所披露的无孔压气机叶轮。对于该种压气机叶轮总成在压气机叶轮上只需相对短的螺纹孔来接受缩短的涡轮增压器轴。但是此总成也可能存在平衡问题，因为压气机叶轮和轴之间的螺纹连接，以及在该连接中存在的间隙难以保持所需的同轴度。
发明内容
本发明的目的之一就是消除或减弱上述问题。
根据本发明，提供一种压气机叶轮总成，包括一安装在旋转轴上的压气机叶轮，轴穿过沿叶轮旋转轴线的通孔，而叶轮咬合在轴上，以使轴的旋转通过咬合连接驱动叶轮的旋转。
因此本发明压气机叶轮的驱动力，由轴和叶轮之间的有效互锁连接来实现。叶轮优选通过以常规方式旋入轴一端的螺母来保持。但是，本发明螺母提供的夹紧力只需阻止叶轮沿轴的轴向移动。但是，理想的夹紧力应足以协助咬合连接以确保驱动负荷。
叶轮可直接或间接咬合在轴上。
优选地叶轮通过咬合件间接咬合在轴上，与叶轮和轴上的咬合构造相互连接。咬合构件的优选形式为驱动垫圈，具有接受所述轴的内孔，并安装在所述轴上，位于螺母和叶轮之间，驱动垫圈具有内外咬合构件，与轴和叶轮咬合构件各自连接。
本发明的其它最佳特征通过下面的介绍就清楚了。
现在参照附图，以例举的方式描述本发明的具体实施例。
附图说明
图1为常规涡轮增压器的轴向截面图，示出涡轮增压器的主要构件和常规压气机叶轮总成；
图2为根据本发明的压气机叶轮总成的截面图；
图3为图2所示压气机叶轮总成前端部分的端视图，安装螺母和垫圈移除；
图4为图2和图3所示压气机叶轮总成的驱动垫圈平面图。
具体实施方式
首先如图1所示，示出常规向心式涡轮增压器的基本构件。该涡轮增压器包括经一中间轴承壳3连接在一压气机2上的一涡轮1。涡轮1包括一涡壳4，内置一涡轮5。同样，压气机2包括一压气机壳6，内置一压气机叶轮7。涡轮5和压气机叶轮7安装在通用轴8的相对端，轴8安装在轴承壳3内支撑在轴承总成9上。
涡壳4上有排气进气口10和排气出气口11。进气口10将进入的排气导入包围涡轮5的环形进气室12。进气流经涡轮，通过与涡轮5同轴的圆形出口进入出气口11。涡轮5的转动带动压气机叶轮7转动，通过轴向进气口13吸入空气，并将压缩空气通过环形出气螺旋14送至内燃机。
参照更详尽的压气机叶轮总成，压气机叶轮包括多个从中心轮毂16伸出的叶片15，中心轮毂上有接受轴8一端的通孔。轴8略微从压气机叶轮7的前端伸出，穿过螺母17，螺母支撑在压气机叶轮的前端上将压气机叶轮7固定在止推轴承和油封总成18上。止推轴承/油封总成的细节可能不同，这对理解压气机叶轮的安装配置并不重要。重要的是，压气机叶轮7通过螺母17提供的夹紧力避免从轴8上松脱。
上述常规压气机叶轮总成存在的问题通过该详述进行讨论。
图2和图3示出根据本发明压气机叶轮总成的一实施例。涡轮增压器轴20改进为在轴20的螺纹端提供两个相对的平面21。比如平面21只加工在轴20的端部。压气机叶轮22的前端部分打埋头槽23，其直径大于压气机叶轮接受轴20的通孔24。在压气机叶轮22的前端有四个周向等间距的长孔或槽25，从埋头槽23径向伸出。
驱动垫圈26(如分解图4所示)环绕轴20置于槽23中。驱动垫圈26具有非圆形的中心孔27，带有相对的平面28，与轴20上的平面21配合。两个完全相反的突起29从驱动垫圈26的圆形外周径向伸出，与压气机叶轮22凹陷前端部分上的完全相反的槽25配合。驱动垫圈26通过旋入轴20端部的凸缘螺母30固定。
这样压气机叶轮22就通过作为咬合件的驱动垫圈26咬合在轴20上。这样轴20和叶轮22就互锁在一起转动。这样在轴20转动的时候，叶轮22就不会松脱。这就去除(至少是减少)了对突起29的夹紧力的依赖，此力大小只要能将驱动垫圈充分定位并阻止叶轮22沿轴20轴向移动便可。但是突起29的夹紧力可能依赖于驱动垫圈26的咬合作用，并分担驱动负荷。
倘若在叶轮22的前端部分有轴20和叶轮22之间的咬合连接，比如相反于叶轮22的内侧，大大减少了应力破坏的可能性，因为叶轮22的前端部分比叶轮内部更凉。
应该理解的是对于上述本发明实施例的细节可以有多种变型。比如，轴端部平面的数量可以改变，也就是说，可以是一个或多于两个。同样，驱动垫圈上突起的数量和/或压气机叶轮前端槽的数量可以改变。优选地，有多个至少是一个或几个可选择的有角的安装位置，以使压气机叶轮有助于压气机叶轮总成的平衡。同样优选地，在压气机叶轮和驱动垫圈/涡轮增压器轴间有多个咬合连接，以分配驱动负荷。
驱动垫圈以及轴和叶轮上的咬合构成，可以和所述的结构不同。比如，压气机叶轮可以提供径向向内的突起，而驱动垫圈可以在外表面上有凹槽，以接受这些突起。可选择地，驱动垫圈的外周上可以有平面，与限制在压气机叶轮孔内的相应合适结构(比如平面)配合。同样地，在驱动垫圈和轴之间也可以采用其它的咬合方式，比如在驱动垫圈上设突起和在轴上设凹槽。其它可能的替换对相应的技术人员来说是显而易见的。
还要理解的是，可以利用不同形式的咬合件取代驱动垫圈26。比如，可用多个咬合件连接轴和压气机叶轮上的各个构件。比如，轴和压气机叶轮上可以有槽或类似结构，彼此可以对准，各个咬合件从对齐的槽/孔间伸出以阻止它们偏离对准的位置。但是，此类安装与简单方便的驱动垫圈形式的咬合件相比，在结构和总成上可能会更复杂。
还需要理解的是，本发明可以通过在压气机叶轮和涡轮增压器轴之间使用直接咬合来实现，而不需要单独的咬合件。比如，叶轮的内孔和轴可以使用直接的相互咬合结构。例如，叶轮的前端部分可带有突出部分，向内径向伸出，与平面或槽配合，机械加工在轴的端部。此类安装对于带铸造中心孔的压气机叶轮来说较钻孔的压气机叶轮更适用。
应该理解的是，本发明在应用中并不仅限于压气机叶轮的任何一种特定形式，或是轴承的内部总成等。同样地，本发明并不仅应用于涡轮增压器压气机叶轮，而可用于其它应用中的压气机叶轮，包括，但不限于内燃机增压器的其它形式(比如皮带传动压气机叶轮)。
本发明的其它可能的变型和应用对于相应技术人员来说是显而易见的。

Claims (10)

1.一种压气机叶轮总成，包括：一安装在旋转轴上的压气机叶轮，其特征在于：轴穿过沿叶轮旋转轴线的通孔，叶轮咬合在轴上，以使轴的旋转通过咬合连接，驱动叶轮的旋转。
2.如权利要求1所述的压气机叶轮总成，其特征在于：叶轮通过旋入轴一端上的螺母保持在轴上，直接或间接支撑在叶轮的前端部分，夹紧叶轮在接点上，从而阻止叶轮沿轴的轴向移动。
3.如权利要求2所述的压气机叶轮总成，其特征在于：叶轮通过与叶轮和轴上的咬合构件相互连接的咬合件间接咬合在轴上。
4.如权利要求3所述的压气机叶轮总成，其特征在于：咬合件为驱动垫圈，具有接受所述轴的内孔，并安装在所述轴上，位于螺母和叶轮之间，驱动垫圈具有内外咬合构件，与轴和叶轮咬合构件各自连接。
5.如权利要求4所述的压气机叶轮总成，其特征在于：轴咬合构件包括一个或多个在轴圆周上的平面，驱动垫圈的内咬合构件包括垫圈孔的线性部分。
6.如权利要求4或5所述的压气机叶轮总成，其特征在于：叶轮咬合构件包括径向延伸入叶轮的槽，而驱动垫圈的外咬合构件包括与所述槽配合的径向突起。
7.如前述任一权利要求所述的压气机叶轮总成，其特征在于：压气机叶轮和/或轴上的多个咬合构件可以分度叶轮在轴上的相对角度位置，以利于叶轮的平衡。
8.如权利要求2至7任一所述的压气机叶轮总成，其特征在于：咬合件上有多个内和/或外咬合构造，以分度叶轮相对于轴的转动位置，利于叶轮的平衡。
9.如权利要求4至8任一所述的压气机叶轮总成，其特征在于：压气机叶轮的前端部分打埋头孔以接受所属驱动垫圈。
10.一种包括如前述任一权利要求所述的压气机叶轮总成的涡轮增压器。
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