CN1523212A - 压缩机转轮组件 - Google Patents
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Abstract
一种涡轮增压器包括安装在涡轮增压器轴(8)的一端处的压缩机转轮(7)。通过将一螺母(17)拧到轴(8)的一端将转轮(7)夹紧到轴上从而防止转轮(7)沿轴(8)发生轴向移动和旋转滑动。通过对联接部分的接触表面进行处理来增大它们的摩擦系数从而增大压缩机转轮(7)和螺母(17)之间的联接承载扭矩的能力。
Description
技术领域
本发明涉及装配在转轴上的压缩机转轮组件。本发明尤其涉及一涡轮增压器的压缩机转轮组件。
背景技术
众所周知的是涡轮增压器是在一高于大气压的压力下(升压)将空气输入到内燃机入口处的装置。传统的涡轮增压器主要包括一安装在涡轮机壳体内的转轴上由排放气体驱动的涡轮机转轮。涡轮机转轮的旋转带动安装在压缩机壳体内的转轴的另一端上的压缩机转轮进行旋转。压缩机转轮将压缩空气输送到发动机的进气歧管中，由此增加发动机的动力。该轴由连接于涡轮机和压缩机转轮室之间的中心轴承室内的径向推力轴承支承。
传统的压缩机转轮包括一组从中心轮毂上延伸的叶片，其中该中心轮毂上有用于安装涡轮增压器轴的一端的孔。通过把一螺母拧到所述轴的一端上将压缩机转轮固定在轴上，在此处该螺母延伸穿过转轮孔，并且压紧在转轮的前端，从而将该转轮夹紧在一轴肩处(或者其它的和所述轴一起旋转的径向延伸的支座)。重要的是要使夹紧力足够大以防止转轮在轴上发生滑动，而这种滑动会使转轮失去平衡。失去平衡的转轮至少会使其振动增加，这种振动会缩短转轮的寿命，并且在最坏的情况下这种振动会带来致命的损坏。
现在对涡轮增压器性能的需求要求增大来自一给定尺寸的涡轮增压器的空气流，从而提高转速，例如超过100,000rpm。为了达到这种高转速，必须使涡轮增压器的轴承和由此带来的涡轮增压器轴的直径达到最小。然而，使用直径相对小的轴会给传统的压缩机转轮的装配组件带来问题，原因是，必须使轴能承受为防止转轮滑动所需要的高夹紧力。因此，轴的强度，即，它能承受的夹紧力负荷可能会限制安装在轴上的压缩机转轮的质量。
由于涡轮增压器的持续发展要求使用性能较高的材料，如具有比通常使用的铝合金密度更大的钛，这样上述问题被恶化了。这种材料增加的惯量增加了压缩机转轮滑动的可能性，特别是当在瞬时运行条件下涡轮机转轮快速加速时。这种来自传统的压缩机转轮的装配组件所要求的夹紧力可能会极大地超出轴能承受的夹紧力。
为避免上述问题可能采用的一个方法是使用一个例如美国专利第4,705,463号中披露的所谓的“无孔”压缩机转轮。采用这种压缩机转轮的组件，其压缩机转轮上仅仅只有一个相对较短的螺纹孔，缩短的涡轮增压器轴的螺纹端装配在其内。然而，由于压缩机转轮和轴之间的螺纹连接和在这种连接中所固有的间隙可能会造成很难保持所需要的同心度的问题，因此这种组件也会产生平衡的问题。
发明内容
本发明的一个目的是为了消除或者减轻上述问题。
根据本发明的第一方面，提供一种涡轮增压器，它包括安装在涡轮机壳体内的转轴的第一端上的涡轮机转轮，和安装在压缩机壳体内的转轴的第二端上的压缩机转轮，该压缩机转轮具有一延伸在转轮的第一端和转轮的第二端之间的轴向通孔，所述第二端远离所述涡轮机，其中轴的第二端延伸穿过该孔，并且在压缩机转轮的第二端之外伸出一短的长度，将一螺母拧到轴的所述第二端上，从而直接地将夹紧力施加到压缩机转轮上，或通过一设置在与压缩机转轮第二端相邻的所述轴的周围的中间夹紧部件间接地将夹紧力施加到压缩机转轮上，这样压缩机转轮的第二端具有一与螺母或中间夹紧部件的径向表面相接触的径向表面，并且对所述径向表面其中的至少一个面进行处理用以提高它相对于另一表面的摩擦系数。
因此，本发明不需对压缩机转轮组件进行大的改进便提高了夹紧联接部分承载扭矩的能力。该表面处理可以是例如简单地提高相关表面的粗糙度，例如通过激光在表面上蚀刻一适合的图案。
本发明也提供了一种用于提高压缩机转轮的轴向夹紧组件承载扭矩的能力的方法。
现在仅仅通过举例并结合附图的方式对本发明的具体实施例进行描述，其中附图示出一传统的涡轮增压器的轴剖面图，用以说明传统的涡轮增压器和传统的压缩机转轮组件的主要部件。
具体实施方式
图示的涡轮增压器包括经一中央轴承室3连接到压缩机2上的涡轮机1。该涡轮机1包括一容纳涡轮机转轮5的涡轮机壳体4。类似地，压缩机2包括容纳压缩机转轮7的压缩机壳体6。涡轮机转轮5和压缩机转轮7安装在一共用轴8的相对端上，该轴8由位于轴承室3内的轴承组件9支承。
涡轮机壳体4设有一排放气体进口10和一排放气体出口11。进口10将引入的排放气体导入到涡轮机转轮5周围的环形进气腔12内。排放气体流经涡轮机并且经一与涡轮机转轮5同轴的圆形排气开口流入到排气出口11。涡轮机转轮5旋转带动压缩机转轮7旋转，该压缩机转轮通过轴向进口13将空气吸入并且经环形的出气涡腔14将压缩空气输送到发动机进口处。
现在对压缩机转轮组件进行更详细的描述，该压缩机转轮包括若干从中心轮毂16上延伸的叶片15，该中心轮毂16具有一用于安装轴8的一端的通孔。该轴8从压缩机转轮7的前端处延伸出一小部分，并且将一螺母17拧在轴8上，该螺母17压在压缩机转轮的前端从而将压缩机转轮7夹紧在推力轴承和油封组件18上。推力轴承/油封组件的细节可以改变并且对理解压缩机转轮安装结构并不重要。实质问题是，通过由螺母17施加的夹紧力防止压缩机转轮7在轴8上发生滑动。
在本说明书的介绍中将会讨论上述传统的压缩机转轮组件所带来的问题。
根据本发明，在不增加夹紧力或者不对夹紧部件进行显著的改进的情况下，可以加大传递给压缩机转轮的旋转驱动力。这是通过对部件的夹紧表面进行处理提高它们之间的摩擦系数来实现的。
参照图1的传统的夹紧组件，可以对螺母17压紧的压缩机转轮7的前端部件的径向表面进行处理从而提高它相对于螺母的摩擦系数，例如通过增加它的表面粗糙度提高它相对于螺母的摩擦系数。例如，可以用激光在其表面上蚀刻出一适合的图案来增加其表面粗糙度。这样就可以在不牺牲部件形成公差的条件下使夹紧点可承载的扭矩增大。
除了对压缩机转轮的表面进行处理，还可以或仅仅对螺母的接触表面进行类似的处理，从而又一次地增大接触表面之间的摩擦系数。
在某些夹紧结构中，在压缩机转轮和螺母之间设置一垫圈或其它类似物，在这种情况下可对与压缩机转轮相接触的垫圈表面进行处理使其摩擦系数增大。
加大压缩机转轮的后表面和推力轴承组件之间的摩擦系数，或者加大其它的由螺母17施加的力将压缩机转轮夹紧在其上的径向表面之间的摩擦系数也是可取的。在上述所示实施例中，也应该包括对压缩机转轮的后表面或推力轴承组件的径向表面进行处理。在其它的实施例中，轴可以具有一环状的肩部，该肩部靠压在压缩机转轮的后表面上并且也可对其进行类似的处理。
应该理解的是除了激光刻蚀之外还有其它的表面处理方法可以用来补充本发明，包括增加相应种材料的表面粗糙度所适合的机械的或者化学的处理方法。这些适合的表面处理方法对于本领域的技术人员来说都是显而易见的。
Claims (13)
1.一种涡轮增压器，它包括安装在涡轮机壳体内的转轴的第一端上的涡轮机转轮，和安装在压缩机壳体内的转轴的第二端上的压缩机转轮，该压缩机转轮具有一延伸在所述转轮的第一端和所述转轮的第二端之间的轴向通孔，所述第二端远离所述涡轮机，其中轴的第二端延伸穿过该孔并且在压缩机转轮的第二端之外伸出一短的长度，通过将一螺母拧到所述轴的第二端上从而直接对压缩机转轮施加一夹紧力，或者通过在相邻于压缩机转轮的第二端所述轴的周围设置一中间夹紧部件间接地对压缩机转轮施加一夹紧力，这样压缩机转轮的第二端具有一与螺母或者中间夹紧部件相接触的径向表面，并且对所述径向表面其中至少一个面进行处理从而增大它相对于另一表面的摩擦系数。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中对所述表面的两个面都进行处理。
3.如权利要求1或2所述的涡轮增压器，其中所述表面处理包括激光蚀刻。
4.如权利要求1或2所述的涡轮增压器，其中所述表面处理包括对所述面或每个面进行机械磨蚀。
5.如权利要求1或2所述的涡轮增压器，其中所述表面处理包括一化学的蚀刻或磨蚀工艺。
6.如前述任意一条权利要求所述的涡轮增压器，其中所述压缩机转轮第一端是一径向表面，该径向表面与由轴或安装在轴上的推力轴承组件所限定的一径向表面相邻，并且对所述表面其中至少一个面上进行处理从而提高它相对于另一表面的摩擦系数。
7.在一种涡轮增压器中，该涡轮增压器包括安装在涡轮机壳体内的转轴的一端上的涡轮机转轮，和安装在压缩机壳体内的转轴的另一端上的压缩机转轮，该压缩机转轮具有一延伸在转轮的第一端和轮转的第二端之间的轴向通孔，所述第二端远离所述涡轮机，其中轴的第二端延伸穿过该孔并且在压缩机转轮的第二端之外伸出一短的长度，将一螺母拧到所述轴的第二端上从而直接对压缩机转轮施加一夹紧力，或者通过一设置在与压缩机转轮的第二端相邻的所述轴的周围设置一中间夹紧部件间接地对压缩机转轮施加一夹紧力，这样压缩机转轮的第二端具有一与螺母或者中间夹紧部件相接触的径向表面，一种方法包括：
对所述径向表面的至少一个面进行处理以增大它相对于另一表面的摩擦系数。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述处理增大相应径向表面的表面粗糙度。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中所述表面处理包括用激光在相应表面上蚀刻一图案。
10.如权利要求7或8所述的方法，其中所述表面处理包括对所述面或每个面进行机械磨蚀。
11.如权利要求7或8所述的方法，其中所述表面处理包括对所述面或者每个面进行化学蚀刻或磨蚀。
12.如权利要求7到11中任意一条所述的方法，其中所述表面处理实施于所述径向接触表面的两个面上。
13.如权利要求7到12中任意一条所述的方法，其中压缩机转轮的第一端具有一与由轴或者安装在轴上的推力轴承组件限定的径向表面相接触的径向表面，并且对所述表面的至少一个面进行处理以提高它相对于另一表面的摩擦系数。
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Assignee: WUXI CUMMINS TURBO TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Assignor: Cummins Turbo Technologies Ltd. Contract fulfillment period: 2009.4.28 to 2015.4.28 Contract record no.: 2009990000441 Denomination of invention: Rotor assembly of compressor Granted publication date: 20080206 License type: Exclusive license Record date: 20090507 |
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