CN214742788U - 一种高效率3d油楔面止推轴承系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效率3D油楔面止推轴承系统，包括止推轴承，包括轴孔、在所述止推轴承两面以轴孔为圆心均匀分布的油楔槽，所述油楔槽包括收敛油楔和平面部分，所述收敛油楔的剖面轮廓线位于收敛油楔最低点与最高点理论斜面的轮廓的下侧；还包括止推片和轴封，所述止推轴承区分为第一面A和第二面B，所述止推片位于第一面A，所述轴封位于第二面B，所述油楔槽为以轴孔为圆心的扇形区域；油楔槽的油斜面形状由斜平面设计为内凹形式结构，可以减少润滑油在斜面出口位置的平均速度，增大平均的承载油膜厚度，从而可以有效降低止推轴承的摩擦功耗，并且对承载能力影响较小。

Description

一种高效率3D油楔面止推轴承系统

技术领域

本实用新型涉及涡轮增压器止推轴承领域，尤其是一种高效率3D油楔面止推轴承系统。

背景技术

涡轮增压器中间有一根涡轮轴，该轴上的涡轮机由发动机的高温废气进行驱动，该轴被滑动轴承系统进行支撑。轴承系统机械摩擦损失主要包含浮动轴承与轴之间的相对运动摩擦损失，以及止推轴承系统的摩擦损失。其中止推轴承系统的机械损失占主要部分。止推轴承的机械摩擦损失由止推轴承油楔面的形状、尺寸及其配合零部件的设计等决定。现有设计中其倾斜区域设计不同，对其承载能力及功率损失都有很大的影响。现有设计并没有将系统的摩擦损失降低到极致。现有设计主要有承载区域是齿状的，其油楔面结构在实际运行中产生的摩擦损失较大，对涡轮增压器低速性能及效率产生不良影响。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型所要解决的技术问题是通过对原有设计进行摩擦功验证及仿真结果分析，发现原有设计摩擦功耗过大，是影响增压器在中低速的响应性的原因。并且通过仿真分析发现其设计承载能力较小，可靠性裕度不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器，包括，止推轴承，包括轴孔、在所述止推轴承两面以轴孔为圆心均匀分布的油楔槽，所述油楔槽包括收敛油楔和平面部分，所述收敛油楔的剖面轮廓线位于收敛油楔最低点与最高点理论斜面的轮廓的下侧；

还包括止推片和轴封，

所述止推轴承区分为第一面A和第二面B，所述止推片位于第一面A，所述轴封位于第二面B，所述油楔槽为以轴孔为圆心的扇形区域。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述收敛油楔区分为第一段和第二段，所述第一段与所述第一面A的夹角小于第二段与所述第一面A的夹角，所述第一段的扇形角度占所述收敛油楔扇形角度的30～70％，所述第一段与第二段的相交线至第一面A 的距离不大于所述收敛油楔最大深度的二分之一。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述收敛油楔的扇形角与油楔槽的扇形角比值在50％～95％之间，所述第一面A和第二面B均设置有油楔槽且轴向中心对称。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述收敛油楔最深度为0.01mm～0.05mm，所述油楔槽间隔着均匀分布在360°圆周范围内。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述第一面A设置有进油口，所述进油口与所述轴孔之间设置有通孔。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述轴封包括嵌入所述轴孔内的连接端以及位于轴孔外的密封端，所述连接端与所述轴孔在直径方向上径向间隙为单边0～1mm，所述密封端端面与第二面B之间间隙配合，所述密封端直径大于油楔槽所在区域的直径0～1.6mm。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述密封端沿径向延伸形成密封边，所述密封边与第二面B 之间的间隙大于密封端端面与第二面B之间的间隙。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述止推片的直径大于油楔槽所在区域的直径0～1.6mm，所述止推片与所述连接端连接，所述止推片与所述第一面A之间的间隙范围为 0～1mm。

作为本实用新型所述高效率3D油楔面止推轴承系统及涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述第一面A和第二面B均上设置有轴向力承载区，所述轴向力承载区直径大于油楔槽所在区域的直径。

本实用新型的有益效果：油楔槽的油斜面形状由斜平面设计为内凹形式结构，可以减少润滑油在斜面出口位置的平均速度，增大平均的承载油膜厚度，从而可以有效降低止推轴承的摩擦功耗，并且对承载能力影响较小。在不改变油斜面内外直径的情况下，进行摩擦功耗的有效控制；降低了止推轴承设计的摩擦功耗，提升了轴承系统的效率，进而提升了增压器涡端的效率。根据试验结果增压器响应性、油耗、及各项性能指标有大幅度提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型提供的一种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的第一面结构示意图；

图4为本实用新型提供的一种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的第二面结构示意图；

图5为本实用新型提供的第一种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的结构示意图；

图6为本实用新型提供的第一种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的示意图；

图7为本实用新型提供的第一种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的剖面示意图；

图8为本实用新型提供的第二种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的示意图；

图9为本实用新型提供的第二种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的正视图；

图10为本实用新型提供的第二种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的剖面示意图；

图11为本实用新型提供的第三种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的示意图；

图12为本实用新型提供的第四种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的示意图；

图13为本实用新型提供的第四种实施例所述的高效率3D油楔面止推轴承系统中止推轴承的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～7，本实施例提供了一种高效率3D油楔面止推轴承系统，包括止推轴承100、止推片200、轴封300，止推轴承100压紧在轴承壳体上，与轴承壳体的轴孔、涡轮轴是同心的。实际工作中轴封、止推片因压紧在轴上，所以与轴以相同的速度旋转，止推轴承工作时是静止的，不随轴旋转。因此在实际工作中轴封、止推片与止推轴承之间有较大的圆周方向相对运动，因此会产生较大的摩擦损失功。

具体的，止推轴承100包括轴孔101、在止推轴承100两面以轴孔101为圆心均匀分布的油楔槽102；其中止推片200位于止推轴承100其中一端面，轴封300位于止推轴承100另一端面。

进一步的，止推轴承100区分为第一面A和第二面B，止推片200位于第一面A，轴封300位于第二面B，油楔槽102为以轴孔101为圆心的扇形区域，油楔槽102的槽底为斜面延伸至止推轴承100端面。

进一步的，油楔槽102包括收敛油楔102a和平面部分102b，其中收敛油楔102a和平面部分102b所在扇形面的角度为β，收敛油楔102a所在扇形面的角度为α，α/β应介于50％～95％之间，即收敛油楔102a的扇形角与油楔槽102 的扇形角比值在50％～95％之间。收敛油楔102a最深度为0.01mm～0.05mm，油楔槽102间隔着均匀分布在360°圆周范围内。

较佳的，收敛油楔102a的剖面轮廓线位于收敛油楔102a最低点与最高点理论斜面的轮廓的下侧，即收敛油楔102a的底面是向下凹的，斜平面设计为内凹形式结构，可以减少润滑油在斜面出口位置的平均速度，增大平均的承载油膜厚度，从而可以有效降低止推轴承的摩擦功耗，并且对承载能力影响较小。在不改变油斜面内外直径的情况下，进行摩擦功耗的有效控制。

具体的，本实施例中，收敛油楔102a区分为第一段102c和第二段102d，由两段平面组成，第一段102c与第一面A的夹角小于第二段102d与第一面A 的夹角，设定第一段102c与第一面A的夹角为a，第二段102d与第一面A的夹角为b，则b＞a；其中，第一段102c所占的角度为ω，即第一段102c最深处的交线至第一段102c与第二段102d的相交线的圆周方向的角度，即ω/α＝0.3～0.7；优选的，第一段102c的扇形角度占收敛油楔102a扇形角度的 30～70％，第一段102c与第二段102d的相交线至第一面A的距离不大于收敛油楔102a最大深度的二分之一，设定收敛油楔102a最大深度为h。

应当说明的是各斜面的角度占比或深度的分配包含但不限于以上要求，可以进行单独的设计及组合，以达到不同的设计要求。

进一步的，止推轴承装配位于涡轮增压器的温度较低的压气机测，通过轴承壳体上的仅有一个进口进行供油；其中，第一面A设置有进油口103，进油口103与轴孔101之间设置有通孔103a，轴承壳体内的油液进入到进油口103 通过通孔103a进入轴孔101内。

进一步的，轴封300包括嵌入轴孔101内的连接端301以及位于轴孔101 外的密封端302，连接端301与轴孔101在直径方向上径向间隙为单边0～1mm，保证实际运行不产生零件与零件的碰磨，因为这种碰磨可能导致轴承的磨损，这个间隙能够保证从进油口供入的润滑油能够够顺利的向止推轴承第一面A、第二面B提供，保证两个端面的承载，冷却及润滑需求。密封端302端面与第二面B之间间隙配合，密封端302直径大于油楔槽102所在区域的直径 0～1.6mm，过小可能会导致止推轴承承载区内高压油泄漏，过大则会导致与止推轴承之间摩擦面积过大，造成摩擦损失功增大，轴承系统效率下降。

进一步的，密封端302沿径向延伸形成密封边302a，密封边302a与第二面B之间的间隙大于密封端302端面与第二面B之间的间隙，其目的是尽可能减小与止推轴承的配合面积，以减小相对运动产生的摩擦损失功。并且能够对润滑油形成导向，避免润滑油直接喷射到涡轮增压器的密封环上从而增大润滑油泄漏的可能。

优选的，止推片200的直径大于油楔槽102所在区域的直径0～1.6mm，过小可能会导致止推轴承承载区内高压油泄漏。过大则会导致与止推轴承之间摩擦面积过大，造成摩擦损失功增大，轴承系统效率下降。

止推片200与连接端301连接，止推片200与第一面A之间的间隙范围为 0～1mm，保证在实际运行不产生零件与零件间的碰磨，因为这种碰磨可能导致零件的磨损。

应当说明的是，第一面A和第二面B均设置有油楔槽102且轴向中心对称。

本实施例中的止推轴承100装配位于涡轮增压器的温度较低的压气机测，较佳的，第一面A和第二面B均上设置有轴向力承载区104，轴向力承载区104 直径大于油楔槽102所在区域的直径，轴向力承载区104可根据需要设置2个或2个以上的轴承瓦块。对于乘用车涡轮增压器较为典型的是3个～6个，沿圆周方向分布的轴承瓦块。

本实用新型降低了止推轴承设计的摩擦功耗，提升了轴承系统的效率，进而提升了增压器涡端的效率。根据试验结果增压器响应性、油耗、及各项性能指标有大幅度提升。

实施例2

参照图1～10，为本实用新型第二个实施例，该实施例基于上一个实施例，且与上一个实施例不同的是：本实施例中收敛油楔102a包括有三段，具体的，本实施例中，收敛油楔102a区分为第一段102c第二段102d、第三段102e，由三段平面组成，第一段102c与第一面A的夹角小于第二段102d与第一面A的夹角，设定第一段102c与第一面A的夹角为a，第二段102d与第一面A的夹角为b，第三段102e与第一面A的夹角为c，则c＞b＞a；其中，第一段102c所占的角度为ω，即第一段102c最深处的交线至第一段102c与第二段102d的相交线的圆周方向的角度占整个油楔槽102角度α的15～45％，即ω/α＝0.15～0.45；第一段102c与第二段102d所占的角度为ψ，即第一段102c最深处的交线至第三段102e与第二段102d的相交线的圆周方向的角度占整个油楔槽 102角度α的15～75％，即ψ/α＝0.15～0.75。

进一步的，设定第一段102c与第二段102d的交线至第一面A的高度为h1，则h1/h＜0.66，设定第三段102e与第二段102d的相交线至第一面A的高度为 h2，则h2/h＜0.33。

应当说明的是各斜面的角度占比或深度的分配包含但不限于以上要求，可以进行单独的设计及组合，以达到不同的设计要求。

实施例3

参照图11，为本实用新型第三个实施例，该实施例基于上一个实施例，且与上一个实施例不同的是：

本实施例中收敛油楔102a为内凹圆弧面设计，圆弧曲率半径为R，其轮廓线位于收敛油楔102a最低点最高点理论连接线的下方，可以对不同的弧度进行设计，以满足不同的承载力及功耗需求。

实施例4

参照图12～13，为本实用新型第四个实施例，该实施例基于上一个实施例，且与上一个实施例不同的是：

其中几个分段可以由原来的直线段更改为圆弧和直线段的组合搭配方式。但是其轮廓线应位于收敛油楔102a最低点到最高点理论连接直线的下方。各分段的角度占比要求、深度要求可以参照实施例1中“第一种：两段式收敛油楔面”及实施例2中“第二种：三段式油楔面结构”中所述。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本实用新型的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本实用新型的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本实用新型不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本实用新型的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本实用新型不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：包括，

止推轴承(100)，包括轴孔(101)、在所述止推轴承(100)两面以轴孔(101)为圆心均匀分布的油楔槽(102)，所述油楔槽(102)包括收敛油楔(102a)和平面部分(102b)，所述收敛油楔(102a)的剖面轮廓线位于收敛油楔(102a)最低点与最高点理论斜面的轮廓的下侧；

还包括止推片(200)和轴封(300)，

所述止推轴承(100)区分为第一面(A)和第二面(B)，所述止推片(200)位于第一面(A)，所述轴封(300)位于第二面(B)，所述油楔槽(102)为以轴孔(101)为圆心的扇形区域。

2.根据权利要求1所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述收敛油楔(102a)区分为第一段(102c)和第二段(102d)，所述第一段(102c)与所述第一面(A)的夹角小于第二段(102d)与所述第一面(A)的夹角，所述第一段(102c)的扇形角度占所述收敛油楔(102a)扇形角度的30～70％，所述第一段(102c)与第二段(102d)的相交线至第一面(A)的距离不大于所述收敛油楔(102a)最大深度的二分之一。

3.根据权利要求1所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述收敛油楔(102a)的扇形角与油楔槽(102)的扇形角比值在50％～95％之间，所述第一面(A)和第二面(B)均设置有油楔槽(102)且轴向中心对称。

4.根据权利要求2或3所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述收敛油楔(102a)最深度为0.01mm～0.05mm，所述油楔槽(102)间隔着均匀分布在360°圆周范围内。

5.根据权利要求4所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述第一面(A)设置有进油口(103)，所述进油口(103)与所述轴孔(101)之间设置有通孔(103a)。

6.根据权利要求5所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述轴封(300)包括嵌入所述轴孔(101)内的连接端(301)以及位于轴孔(101)外的密封端(302)，所述连接端(301)与所述轴孔(101)在直径方向上径向间隙为单边0～1mm，所述密封端(302)端面与第二面(B)之间间隙配合，所述密封端(302)直径大于油楔槽(102)所在区域的直径0～1.6mm。

7.根据权利要求6所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述密封端(302)沿径向延伸形成密封边(302a)，所述密封边(302a)与第二面(B)之间的间隙大于密封端(302)端面与第二面(B)之间的间隙。

8.根据权利要求7所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述止推片(200)的直径大于油楔槽(102)所在区域的直径0～1.6mm，所述止推片(200)与所述连接端(301)连接，所述止推片(200)与所述第一面(A)之间的间隙范围为0～1mm。

9.根据权利要求8所述的高效率3D油楔面止推轴承系统，其特征在于：所述第一面(A)和第二面(B)均上设置有轴向力承载区(104)，所述轴向力承载区(104)直径大于油楔槽(102)所在区域的直径。

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