CN210128021U - 一种推力轴承系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种推力轴承系统，主轴的一端设有分体式推力轴承和一体式推力套，分体式推力轴承包括压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承，压叶轮侧推力轴承的工作面设有压叶轮侧止推面，与一体式推力套的对应平面形成压力轮侧耦合面；涡轮侧推力轴承的工作面设有涡轮侧止推面，与一体式推力套对应平面形成涡轮侧耦合面，解决了压叶轮侧的漏油问题。同时采用一体式推力套结构，大大提高了推力结构的稳定性，进一步减少了涡轮增压器转子系统的零件数量，降低了制造成本，便于安装和维修保养。

Description

一种推力轴承系统

技术领域

本实用新型涉及涡轮增压器的技术领域，具体地说是一种推力轴承系统,尤其是一种用于涡轮增压器的推力轴承系统。

背景技术

涡轮增压器技术可以有效地提高发动机的功率密度、降低整车重量、改善燃油经济性，对汽车的节能减排起到重要作用。随着能源问题日益紧迫和排放法规的加严，涡轮增压器技术逐渐得到大规模普及。车用发动机在动力性、经济性、废气排放以及可靠性等方面要求的不断提高，对涡轮增压器技术提出了更高的挑战。

推力轴承系统是车用涡轮增压器的关键部件之一。现代车用涡轮增压器的轴承系统一般分为两部分：推力轴承部分和径向轴承部分。径向轴承套设在主轴上且与主轴和中间体之间存在间隙，形成双层油膜。涡轮增压器工作时两侧叶轮会产生轴向推力，由设置在压气机一侧的推力轴承系统承受。为了减少摩擦，在整体式推力轴承中间设置进油孔，在两侧的止推面上设置油路，以保证止推面的润滑和冷却。

具体来说，发动机的废气吹动涡轮，通过主轴带动压叶轮旋转，从而将压缩空气送入发动机内。典型的涡轮增压器轴承系统布置如图1所示，图中箭头为润滑油流动的路径示意图。图1中仅画出了涡轮增压器的轴承系统部分。其中涡轮、主轴、推力环、推力套、压叶轮和锁紧螺母共同构成了转子系统。涡轮增压器工作时，涡轮会带动整个转子系统高速旋转，图1中的两个径向轴承在润滑油的带动下旋转，其余零件静止不动。为了方便阐述，本文将轴承系统分为径向轴承部分和推力轴承部分。主轴、径向轴承和中间体构成了径向轴承部分，用以承受转子系统的径向力。推力套、推力环和推力轴承构成了推力轴承部分，用以承受转子系统的轴向力。在推力轴承两侧设有止推面，分别与推力套和推力环的对应平面形成耦合面。转子系统旋转时，润滑油在耦合面内部产生动压以承受转子系统的轴向力。耦合面的工作原理在相关专业文献中有详细阐述。润滑油进入中间体之后分成三路： 最左侧的润滑油经过推力轴承内部的油孔后进入推力轴承两侧的耦合面，对推力轴承部分进行润滑和冷却；中间和右侧的润滑油分别经过中间体上的油孔进入两个径向轴承的内外油膜面，对径向轴承部分进行润滑和冷却。

但在实际的使用过程中，现有推力轴承结构会使得大量润滑油从推力轴承靠近压叶轮一侧流出，导致润滑油不可避免地泄漏至压叶轮侧。同时还存在整个推力结构零件数目较多，结构复杂的问题，推力结构也比较不稳定。

又比如图2所示，推力轴承的内孔与推力环左侧较小的外圆柱面形成一个环形的油腔。推力轴承左右两侧设置有止推面，分别与推力套和推力环相应的平面形成两个耦合面。最左侧的润滑油经过推力轴承上的油孔进入环形油腔，然后经过左右两个耦合面进入回油腔。推力套和推力环高速旋转，使耦合面内的润滑油产生动压，以承受转子系统的轴向力。涡轮增压器的转速很高，由于摩擦作用会在耦合面上产生大量热量，润滑油对耦合面有润滑和冷却的作用。关于推力轴承的工作原理，在涡轮增压器的相关文献中已有详细阐述。由于大量润滑油通过压叶轮侧耦合面流出，为防止润滑油泄漏到压叶轮侧，图2中虽然设置了导油板将润滑油导入回油腔，但仍有部分润滑油会经过导油板与推力套之间的间隙进入背板与导油板之间，进而通过活塞环处的间隙泄漏到压叶轮侧。

因此，市场上急需要一种可以解决压叶轮侧漏油的推力轴承系统。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种改进的推力轴承系统，通过设置分体式推力轴承和一体式推力套，改变了推力轴承结构，解决了压叶轮侧的漏油问题，提升了推力结构的稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种推力轴承系统，其特征在于：推力轴承系统包括主轴，主轴的一端设有分体式推力轴承和一体式推力套，分体式推力轴承包括压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承，压叶轮侧推力轴承的涡轮侧为其工作面，其上设有压叶轮侧止推面，与一体式推力套的对应平面形成压叶轮侧耦合面；涡轮侧推力轴承的压叶轮侧为其工作面，其上设有涡轮侧止推面，与一体式推力套的对应平面形成涡轮侧耦合面；一体式推力套包括柱状本体和设在本体一端的外圈圆盘，柱状本体的内侧设有定位圆柱面和非定位圆柱面。

优选的,一体式推力套的一端通过定位圆柱面与主轴相连，另一端与压叶轮相连，一体式推力套上依次套设有背板和压叶轮侧推力轴承，一体式推力套的外圈圆盘的两侧分别设有压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承。

进一步，压叶轮侧推力轴承设有中间进油槽和设在中间进油槽两侧的侧边进油槽，中间进油槽与侧边进油槽之间通过油路相连，中间进油槽和侧边进油槽的内侧分别设有与之相连通的中间油孔和侧边油孔。压叶轮侧推力轴承的中部设有环形回油通路，环形回油通路的内侧设有压叶轮侧止推面，中间油孔和侧边油孔的进油端与中间进油槽和侧边进油槽相连，中间油孔和侧边油孔的出油端设置于压叶轮侧止推面上，环形回油通路的一侧设有回油槽。

更进一步，压叶轮侧推力轴承设有一个中间进油槽和两个侧边进油槽，两个侧边进油槽对称或非对称地设置在中间进油槽的两侧，中间进油槽和侧边进油槽设置于油路形成的同心圆弧槽上。环形回油通路内侧的压叶轮侧止推面由三个油楔面构成，三个油楔面之间可以是连续的或非连续的。

相对于现有技术，本实用新型的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本实用新型所述的改进方案，本推力轴承系统中采用分体式推力轴承，由两个独立的推力轴承即压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承组成，可以分别承受转子系统压叶轮侧和涡轮侧的轴向力，同时两个独立的推力轴承工作面分别与一体式推力套的对应平面形成耦合面，解决了压叶轮侧的漏油问题；

2、本实用新型的技术方案的中，采用一体式推力套结构，包括柱状本体和设在本体一端的外圈圆盘。柱状本体的内侧设有定位圆柱面和非定位圆柱面。外圈圆盘的两侧分别为压叶轮侧工作面和涡轮侧工作面，分别与压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承的止推面形成耦合面。大大提高了推力结构的稳定性；

3、本实用新型增强了压叶轮侧推力轴承的整体设计，通过设置多个进油槽和油孔，以及对应的环形回油通路，保证了润滑油不会泄漏至压叶轮侧，润滑油分两路最终回到回油腔内；

4、本实用新型结构简单，减少了涡轮增压器转子系统的零件数量，降低了制造成本，便于安装和维修保养。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图。

图2为现有技术推力轴承部分的放大示意图。

图3为本实用新型的结构示意图。

图4为本实用新型的推力轴承部分的放大结构示意图。

图5为本实用新型的压叶轮侧推力轴承的结构示意图。

图6为本实用新型的涡轮侧推力轴承的结构示意图。

图7为本实用新型的一实施例的一体式推力套结构示意图。

图8为本实用新型的又一实施例的结构示意图。

图9为本实用新型的又一实施例的一体式推力套结构示意图。

附图标记：

1主轴、2推力套、3分体式推力轴承、4压力轮侧推力轴承、5涡轮侧推力轴承、6定位销、7进油孔、8隔热罩、9锁紧螺母；

11推力环、12一体式推力轴承、121一体式推力轴承油孔、13中间体、14涡轮、15回油腔、16背板、161 O型圈、17导油板、18压叶轮、19径向轴承；

20一体式推力套、21压力轮侧耦合面、22涡轮侧耦合面、23外圈圆盘、24压叶轮侧工作面，241压叶轮侧工作面倒角、25涡轮侧工作面、26活塞环槽、27甩油槽、28定位圆柱面、29非定位圆柱面、291台阶、292甩油槽凸起；

41中间进油槽、411中间油孔、42侧边进油槽、421侧边油孔、43环形回油通路、44压叶轮侧止推面、45回油槽、46压叶轮侧止推面间断、47油路、48螺栓孔；

51涡轮侧止推面、52外圆柱面凸起、53外圈平面。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种推力轴承系统，具体参见图3，其与现有技术的区别在于：推力轴承系统包括主轴1，主轴1的一端设有分体式推力轴承3和一体式推力套20，分体式推力轴承包括压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承，可以分别承受转子系统压叶轮侧和涡轮侧的轴向力，压叶轮侧推力轴承的工作面设有压叶轮侧止推面，与一体式推力套的对应平面形成压力轮侧耦合面21；涡轮侧推力轴承的工作面设有涡轮侧止推面，与一体式推力套的对应平面形成涡轮侧耦合面22。

一体式推力套包括柱状本体和设在本体一端的外圈圆盘23，柱状本体的内侧设有定位圆柱面28和非定位圆柱面29。其中定位圆柱面用于确定一体式推力套与主轴在径向的相对位置，非定位圆柱面与主轴为间隙配合。

具体来说，一体式推力套的一端通过定位圆柱面与主轴相连，另一端与压叶轮相连，一体式推力套上依次套设有背板16和压叶轮侧推力轴承，一体式推力套凸起的外圈圆盘的两侧分别设有压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承，外圈圆盘的两侧分别为压叶轮侧工作面24和涡轮侧工作面，分别与压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承的止推面形成耦合面。当一体式推力套与主轴一起旋转时，进入两个耦合面中的润滑油在离心力的作用下，沿径向流出耦合面进入回油腔15。同时有少量的润滑油经过压叶轮侧推力轴承和一体式推力套之间的径向间隙进入压叶轮侧推力轴承的左侧，这部分润滑油在经过一体式推力套的甩油槽27时，被甩入背板与压叶轮侧推力轴承之间的油腔内，最终进入回油腔。

在一个实施例中，如图3所示，图中箭头为润滑油流动的路径示意图。图3中仅画出了涡轮增压器的轴承系统部分。其中涡轮、主轴、一体式推力套、压叶轮和锁紧螺母共同构成了转子系统。为了方便阐述，本文将轴承系统分为径向轴承部分和推力轴承部分。主轴、径向轴承、中间体和定位销构成了径向轴承部分，用以承受转子系统的径向力。一体式推力套和两个推力轴承构成了推力轴承部分，用以承受转子系统的轴向力。

如图4所示，压叶轮侧推力轴承的涡轮侧为其工作面，其上设有压叶轮侧止推面。涡轮侧推力轴承的压叶轮侧为其工作面，其上设置有涡轮侧止推面。两个止推面分别与一体式推力套的圆盘特征的对应平面形成压叶轮侧耦合面和涡轮侧耦合面。一体式推力套与主轴一起旋转，进入两个耦合面中的润滑油在离心力的作用下，沿径向流出耦合面进入回油腔。同时有少量的润滑油经过压叶轮侧推力轴承和一体式推力套之间的径向间隙进入压叶轮侧推力轴承的左侧，这部分润滑油在经过一体式推力套的甩油槽时，被甩入背板与压叶轮侧推力轴承之间的油腔内，最终进入回油腔。

压叶轮侧推力轴承设有中间进油槽41和设在中间进油槽两侧的侧边进油槽42，这里中间进油槽和侧边进油槽的数量可以进行调整，一般设有1-3个中间进油槽，侧边进油槽则是对称设置或非对称设置。中间进油槽与侧边进油槽之间通过油路相连，中间进油槽和侧边进油槽的内侧分别设有与之相连通的中间油孔411和侧边油孔421；压叶轮侧推力轴承的中部设有环形回油通路43，环形回油通路的内侧设有压叶轮侧止推面44,压叶轮侧止推面由数个油楔面构成。油楔面的个数和大小可以与油孔位置进行配合，以便更好地快速、顺畅导油。进一步，中间油孔和侧边油孔的进油端与中间进油槽和侧边进油槽相连，中间油孔和侧边油孔的出油端设置于压叶轮侧止推面上，环形回油通路的一侧设有回油槽45。

实施中，如图3所示，为典型的半浮动径向轴承结构，为了方便阐述，本文将轴承系统分为径向轴承部分和推力轴承部分。主轴、径向轴承、中间体和定位销构成了径向轴承部分，用以承受转子系统的径向力。一体式推力套和两个推力轴承构成了推力轴承部分，用以承受转子系统的轴向力。润滑油在中间体进油孔处分成两路，左侧的一路润滑油经过压叶轮侧推力轴承内的油孔进入压叶轮侧耦合面，然后沿径向流出压叶轮侧耦合面。向下的一路润滑油经过定位销的中孔进入径向轴承的内圈和外圈。径向轴承内圈和外圈的润滑油，一部分从右侧进入回油腔，另一部分从左侧进入涡轮侧耦合面并沿径向流出。从两个耦合面流出的润滑油最终汇聚到回油腔。

在另一个实施例中，如图5所示，压叶轮侧推力轴承设有一个中间进油槽和两个侧边进油槽，两个侧边进油槽分别对称设置在中间进油槽的两侧，中间进油槽和侧边进油槽设置于油路形成的同心圆弧槽上；环形回油通路内侧的压叶轮侧止推面由三个油楔面构成，油楔面的个数和大小均可以调整，三个油楔面之间可以是连续或非连续的。压叶轮侧推力轴承上设有两个螺栓孔，用以将推力轴承固定在中间体上。

具体来说，压叶轮侧推力轴承的涡轮侧为其工作面，设有三个进油槽和三个油孔，三个进油槽之间通过两个环形油路相连，三个进油槽分别为中间进油槽和两个对称设置的侧边进油槽。在本实施例中，中间体左侧油路的润滑油首先流入中间进油槽，然后通过油路47进入两个侧边进油槽，再通过三个油孔进入压叶轮侧耦合面，然后通过环形回油通路进入回油槽，最终流入回油腔。

涡轮侧推力轴承呈圆环状，涡轮侧推力轴承的压叶轮侧为其工作面，其上设有涡轮侧止推面51，涡轮侧止推面由数个油楔面构成，如图6所示。涡轮侧止推面与一体式推力套对应的工作面形成涡轮侧耦合面。图6中的油楔面之间未设置间断，为连续油楔面。在油楔面之间添加间断或更改油楔面的个数、大小和形状，都应当在本实用新型的范围之内。涡轮侧推力轴承的压叶轮侧的外圈设有平面区域，其高度低于止推面。

在一个具体的实施例中，参见图4中，压叶轮侧推力轴承的涡轮侧和涡轮侧推力轴承的压叶轮侧分别设置有止推面，与一体式推力套的圆盘特征的对应平面分别形成压叶轮侧耦合面和涡轮侧耦合面。一体式推力套与主轴一起旋转，进入两个耦合面中的润滑油在离心力的作用下，沿径向流出耦合面进入回油腔。同时有少量的润滑油经过压叶轮侧推力轴承和一体式推力套之间的径向间隙进入压叶轮侧推力轴承的左侧，这部分润滑油在经过一体式推力套的甩油槽时，被甩入背板与压叶轮侧推力轴承之间的油腔内，最终进入回油腔。

图7画出了一体式推力套的子午剖视图，由此可见本实用新型的一体式推力套为一体式设计。一体式推力套的内侧设有定位圆柱面和非定位圆柱面。其中定位圆柱面用于确定一体式推力套与主轴在径向的相对位置，非定位圆柱面与主轴为间隙配合。压叶轮侧工作面的外侧边缘设有工作面倒角，压叶轮侧工作面的面积小于涡轮侧工作面的面积。定位圆柱面和非定位圆柱面之间设有台阶291，用于确定转子系统的轴向位置。一体式推力套的外圈设有活塞环槽、甩油槽和圆盘特征。本实施例中的甩油槽左侧设有一段凸起292，以提高甩油效果。

这里的一体式推力套结构还可以做进一步的修改，压叶轮侧耦合面和涡轮侧耦合面直径大致相等。同时在涡轮侧耦合面添加了一段圆柱特征，甩油槽为方形槽或圆弧形槽，具体参见图8和图9，需要说明的是，本实施例中只有一个活塞环槽，取消或改变活塞环槽的数量不应当影响本实用新型的专利权，同时改变甩油槽的形状和结构也应是本实用新型的保护范围。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施只局限于上述这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种推力轴承系统，其特征在于：推力轴承系统包括主轴，主轴的一端设有分体式推力轴承和一体式推力套，分体式推力轴承包括压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承，压叶轮侧推力轴承的工作面设有压叶轮侧止推面，与一体式推力套的对应平面形成压叶轮侧耦合面；涡轮侧推力轴承的工作面设有涡轮侧止推面，与一体式推力套对应平面形成涡轮侧耦合面；一体式推力套包括柱状本体和设在本体一端的外圈圆盘，柱状本体的内侧设有定位圆柱面和非定位圆柱面。

2.根据权利要求1所述的一种推力轴承系统，其特征在于：一体式推力套的一端通过定位圆柱面与主轴相连，另一端与压叶轮相连，一体式推力套上依次套设有背板和压叶轮侧推力轴承，一体式推力套凸起的外圈圆盘的两侧分别设有压叶轮侧推力轴承和涡轮侧推力轴承。

3.根据权利要求1所述的一种推力轴承系统，其特征在于：压叶轮侧推力轴承设有中间进油槽和设在中间进油槽两侧的侧边进油槽，中间进油槽与侧边进油槽之间通过油路相连，中间进油槽和侧边进油槽的内侧分别设有与之相连通的中间油孔和侧边油孔；压叶轮侧推力轴承的中部设有环形回油通路，环形回油通路的内侧设有压叶轮侧止推面，中间油孔和侧边油孔的进油端与中间进油槽和侧边进油槽相连，中间油孔和侧边油孔的出油端设置于压叶轮侧止推面上，环形回油通路的一侧设有回油槽。

4.根据权利要求3所述的一种推力轴承系统，其特征在于：压叶轮侧推力轴承设有一个中间进油槽和两个侧边进油槽，两个侧边进油槽对称或非对称地设置在中间进油槽的两侧，中间进油槽和侧边进油槽设置于油路形成的同心圆弧槽上；环形回油通路内侧的压叶轮侧止推面由若干个油楔面构成，油楔面之间可以是连续或非连续的。

5.根据权利要求1所述的一种推力轴承系统，其特征在于：涡轮侧推力轴承呈圆环状，涡轮侧推力轴承的一侧设有涡轮侧止推面，涡轮侧止推面由若干个油楔面构成，油楔面之间可以是连续或非连续的。

6.根据权利要求1所述的一种推力轴承系统，其特征在于：一体式推力套的外圈圆盘一侧为压叶轮侧工作面，另一侧为涡轮侧工作面；柱状本体的外表面设有活塞环槽和甩油槽；定位圆柱面和与非定位圆柱面之间设有台阶，非定位圆柱面与主轴之间为间隙配合。

7.根据权利要求6所述的一种推力轴承系统，其特征在于：甩油槽为方形槽或圆弧形槽，活塞环槽与甩油槽之间设有甩油槽凸起。

8.根据权利要求6所述的一种推力轴承系统，其特征在于：压叶轮侧工作面的外侧边缘设有压叶轮侧工作面倒角，压叶轮侧工作面的面积小于涡轮侧工作面的面积。

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