JPH0141841Y2 - - Google Patents

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JPH0141841Y2
JPH0141841Y2 JP2695484U JP2695484U JPH0141841Y2 JP H0141841 Y2 JPH0141841 Y2 JP H0141841Y2 JP 2695484 U JP2695484 U JP 2695484U JP 2695484 U JP2695484 U JP 2695484U JP H0141841 Y2 JPH0141841 Y2 JP H0141841Y2
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turbine
turbine shaft
stopper ring
compressor wheel
wheel
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【考案の詳細な説明】 この考案は、流体によつて回転駆動されるター
ビンのタービンホイールとコンプレツサホイール
との組立体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to an assembly of a turbine wheel and a compressor wheel of a turbine rotationally driven by fluid.

例えば、自動車エンジンのターボチヤージヤに
おけるタービンホイール組立体は、第1図に示す
ように、タービンホイール1と一体成形されたタ
ービン軸2の先端小径部2aにコンプレツサホイ
ール3を挿着し、これを緩み止め用の皿ばね状の
スプリングワツシヤ4を介して先端ねじ部2bに
ナツト5を結合することによりタービン軸2に固
定している。タービンホイール1とタービン軸2
とはニツケルまたはコバルト系の超耐熱合金によ
り精密鋳造され、コンプレツサホイール3はアル
ミ系合金で精密鋳造される。このような材料で成
形されたタービン軸2の先端ねじ部2bは、ナツ
ト5による締め付けに対しても十分な強度を持
つ。
For example, as shown in FIG. 1, a turbine wheel assembly in a turbocharger of an automobile engine is constructed by inserting a compressor wheel 3 into a small diameter portion 2a at the tip of a turbine shaft 2 integrally formed with a turbine wheel 1, and loosening the compressor wheel 3. It is fixed to the turbine shaft 2 by connecting a nut 5 to the threaded end portion 2b via a spring washer 4 in the form of a disc spring for locking. Turbine wheel 1 and turbine shaft 2
The compressor wheel 3 is precision cast from a nickel or cobalt super heat-resistant alloy, and the compressor wheel 3 is precision cast from an aluminum alloy. The threaded end portion 2b of the turbine shaft 2 formed of such a material has sufficient strength even when tightened with the nut 5.

一方、近年工業材料としてのセラミツクの躍進
は目覚しく、このようなターボチヤージヤにおい
ても、耐熱性向上および軽量化の目的でセラミツ
ク製タービンホイールが出現している。しかしな
がら、セラミツクは局部的な接触応力に弱いた
め、タービン軸2の先端部2bにねじを切つて、
これにナツト5を結合してコンプレツサホイール
3を組み立てることができない。そこで従来にお
いては、この組み立てを接着材を使用して行なつ
ていた。
On the other hand, the progress of ceramics as an industrial material has been remarkable in recent years, and even in such turbochargers, ceramic turbine wheels have appeared for the purpose of improving heat resistance and reducing weight. However, since ceramic is susceptible to local contact stress, a thread is cut in the tip 2b of the turbine shaft 2.
It is not possible to assemble the compressor wheel 3 by connecting the nut 5 to this. Therefore, in the past, this assembly was performed using an adhesive.

この考案の目的は、セラミツク製タービンホイ
ールのタービン軸にコンプレツサホイールを確実
に固定することのできる新規なタービンホイール
組立体を提供することにある。
The object of this invention is to provide a novel turbine wheel assembly that can securely fix a compressor wheel to a turbine shaft of a ceramic turbine wheel.

この考案によるタービンホイール組立体は、例
えばセラミツク製のタービンホイール11とこれ
に一体成形されたタービン軸12の先端小径部1
2aにコンプレツサホイール13を挿着し、これ
を皿ばね状のスプリングワツシヤ14を介してス
トツパリング15をタービン軸12に焼嵌めて固
定する。
The turbine wheel assembly according to this invention includes a turbine wheel 11 made of ceramic, for example, and a small-diameter tip portion 1 of a turbine shaft 12 integrally formed therewith.
A compressor wheel 13 is inserted into 2a, and a stop ring 15 is shrink-fitted onto the turbine shaft 12 via a spring washer 14 in the form of a disc spring to fix the compressor wheel 13.

ストツパリング15の焼嵌めは、タービン軸小
径部12aの直径よりも少し小さい内径のストツ
パリング15を加熱してその内径寸法を拡げた
後、タービン軸小径部12aに圧入することによ
り行なわれる。しかしながら、このようにストツ
パリング15を焼嵌めても、ミクロ的に見ると、
ストツパリング15の回転時にその遠心力により
ストツパリング15が外方に引かれてタービン軸
小径部12aとの焼嵌め部における締め代が少な
くなり、タービン軸小径部12aに対する固定が
十分でなくなる恐れがある。
Shrink fitting of the stopper ring 15 is performed by heating the stopper ring 15, which has an inner diameter slightly smaller than the diameter of the small diameter portion 12a of the turbine shaft, to expand its inner diameter dimension, and then press-fitting the stopper ring 15 into the small diameter portion 12a of the turbine shaft. However, even if the stopper ring 15 is shrink-fitted in this way, when viewed microscopically,
When the stopper ring 15 rotates, the centrifugal force causes the stopper ring 15 to be pulled outward, reducing the interference at the shrink-fit portion with the turbine shaft small diameter portion 12a, and there is a possibility that the stopper ring 15 may not be sufficiently fixed to the turbine shaft small diameter portion 12a.

この焼嵌め部における締め代Urは、ストツパ
リング15の形状および材質により概略rN2k/
Eの割合で変化する。ここでrは密度、Nは回転
数、kは内径と外径との比、Eはヤング率であ
る。したがつて、締め代Urの変化を最小限に抑
えるためには、回転数Nは同じなので、r/Eの
小さい材料を選ぶとともに、kの小さい形状を選
べばよいことになる。r/Eの小さい材料は、
SiCまたはAl2O3等のセラミツクが相当し、kの
小さい形状は、すなわち肉薄円筒である。
The tightening allowance Ur in this shrink-fitted portion is approximately rN 2 k/ depending on the shape and material of the stopper ring 15.
It changes at the rate of E. Here, r is the density, N is the rotational speed, k is the ratio of the inner diameter to the outer diameter, and E is the Young's modulus. Therefore, in order to minimize the change in the interference margin Ur, since the rotational speed N is the same, it is sufficient to select a material with a small r/E and a shape with a small k. Materials with small r/E are
Ceramics such as SiC or Al 2 O 3 are suitable, and a shape with a small k is a thin cylinder.

しかしながら、ストツパリング15を単にセラ
ミツク製の肉薄円筒で構成するだけでは、ストツ
パリング15としての機能を十分に発揮させるこ
とはできない。このストツパリング15は、ター
ビン軸小径部12aに緩み嵌めされたコンプレツ
サホイール13の軸方向の面圧を支える必要があ
るからである。そこで、この考案の一実施例にお
いては、第3図に示すように、軸方向の断面形状
をU字形にして、その外径D1の中央肉薄部15
aの長さL1を外径D2の面端部の肉厚部15b,
15cの長さL2よりも長くして、すなわちター
ビン軸との接触面積を大きくして、一方の肉厚部
15bでコンプレツサホイール13からの軸方向
の面圧を支えるとともに、中央肉薄部15aで直
径D0のタービン軸小径部12aとの間の半径方
向の面圧を確保するようになつている。
However, simply constructing the stopper ring 15 with a thin cylinder made of ceramic does not allow the stopper ring 15 to fully exhibit its function. This is because the stopper ring 15 needs to support the axial surface pressure of the compressor wheel 13 loosely fitted to the small diameter portion 12a of the turbine shaft. Therefore, in one embodiment of this invention, as shown in FIG .
The length L 1 of a is the thick part 15b at the end of the surface with the outer diameter D 2 ,
15c is made longer than the length L 2 , that is, the contact area with the turbine shaft is made larger, so that one thick wall portion 15b supports the axial surface pressure from the compressor wheel 13, and the central thin wall portion 15a This ensures a radial surface pressure between the turbine shaft and the small diameter portion 12a of the turbine shaft having a diameter D 0 .

このようなストツパリング15の半径方向の面
圧分布は、第4図に示すように、実線で示す停止
時に対し、鎖線で示す回転時には、両端肉厚部1
5b,15cに対応する長さL2の領域では大き
く低下する反面、これよりも大面積の中央肉薄部
15aに対応する長さL1の領域ではあまり低下
しない。このため、タービンホイール11の高速
回転時においても、タービン軸12に対するコン
プレツサホイール13の固定が確実なものとな
る。
As shown in FIG. 4, the surface pressure distribution in the radial direction of the stopper ring 15 is such that when the stopper ring 15 is stopped, as shown by the solid line, and when it is rotating, as shown by the chain line, the thick portions 1 at both ends are
While it greatly decreases in the region of length L 2 corresponding to 5b and 15c, it does not decrease much in the region of length L 1 corresponding to the central thin part 15a having a larger area. Therefore, even when the turbine wheel 11 rotates at high speed, the compressor wheel 13 can be securely fixed to the turbine shaft 12.

第3図において、他方の肉厚部15cは、コン
プレツサホイール13の軸方向の面圧を支える意
味では必ずしも必要ないが、あつた方が回転体と
してのバランスが良い。また両端肉厚部15b,
15c基部の軸方向に浚つた環状の溝15d,1
5eは、この両端肉厚部15b,15cにおける
回転時の面圧低下を抑えるためのもので、これが
ないと、第4図に破線で示すように両端肉厚部で
の面圧低下が著しくなるのであつた方が良い。
In FIG. 3, the other thick portion 15c is not necessarily necessary in the sense of supporting the axial surface pressure of the compressor wheel 13, but it provides better balance as a rotating body. Also, both end thick portions 15b,
Annular groove 15d, 1 dredged in the axial direction of the base of 15c
5e is for suppressing the drop in surface pressure at both end thick portions 15b and 15c during rotation; without this, the drop in surface pressure at both end thick portions would be significant, as shown by broken lines in FIG. So it's better to warm it up.

以上のように、この考案によるタービンホイー
ル組立体は、セラミツク製のタービンホイールの
タービン軸にセラミツク製のストツパリングを焼
嵌めてコンプレツサホイールを固定するので、コ
ンプレツサホイールのタービン軸に対する固定が
確実なものとなる。またストツパリングの形状
を、その軸方向においてコンプレツサホイール側
の肉厚部とこの肉厚部よりもタービン軸との接触
面積において大きい肉薄部とで構成したので、ス
トツパリングの回転時の遠心力によるタービン軸
との面圧低下が抑えられるとともに、コンプレツ
サホイールに対する軸方向の面圧が確保されて、
タービン軸に対するコンプレツサホイールの固定
が一層確実なものとなる。
As described above, in the turbine wheel assembly according to this invention, the compressor wheel is fixed by shrink-fitting the ceramic stopper ring onto the turbine shaft of the ceramic turbine wheel, so that the compressor wheel is securely fixed to the turbine shaft. Become something. In addition, the shape of the stopper ring is composed of a thick part on the compressor wheel side in the axial direction and a thin part that has a larger contact area with the turbine shaft than this thick part, so that the centrifugal force generated by the rotation of the stopper ring can be applied to the turbine. This suppresses the drop in contact pressure with the shaft, and ensures the contact pressure in the axial direction against the compressor wheel.
The fixation of the compressor wheel to the turbine shaft becomes even more reliable.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来のタービンホイール組立体の一
例を示す部分断面概略正面図、第2図は、この考
案の一実施例を示す第1図と同様な図、第3図
は、この考案の一実施例における部分拡大断面
図、第4図は、この考案の一実施例における停止
時と回転時とにおける面圧分布を示すグラフであ
る。 11……タービンホイール、12……タービン
軸、12a……小径部、13……コンプレツサホ
イール、14……スプリングワツシヤ、15……
ストツパリング、15a……肉薄部、15b,1
5c……肉厚部。
FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic front view showing an example of a conventional turbine wheel assembly, FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 showing an embodiment of this invention, and FIG. FIG. 4, which is a partially enlarged cross-sectional view of one embodiment, is a graph showing the surface pressure distribution during stop and rotation in one embodiment of this invention. 11... Turbine wheel, 12... Turbine shaft, 12a... Small diameter portion, 13... Compressor wheel, 14... Spring washer, 15...
Stopper ring, 15a...thin part, 15b, 1
5c...Thick part.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] セラミツク製のタービンホイールと一体成形さ
れたタービン軸にコンプレツサホイールを挿着し
てこれをタービン軸にストツパリングを焼嵌めて
固定するタービンホイール組立体であつて、前記
ストツパリングが、その軸方向において前記コン
プレツサホイール側の肉厚部とこれよりも前記タ
ービン軸との接触面積において大きい肉薄部とを
有するセラミツク製のストツパリングであるター
ビンホイール組立体。
A turbine wheel assembly in which a compressor wheel is inserted into a turbine shaft integrally molded with a ceramic turbine wheel, and a stopper ring is shrink-fitted onto the turbine shaft to fix the compressor wheel, the stopper ring being fixed to the turbine shaft in the axial direction. A turbine wheel assembly which is a ceramic stopper ring having a thick wall portion on the compressor wheel side and a thin wall portion that has a larger contact area with the turbine shaft than the thick wall portion.
JP2695484U 1984-02-27 1984-02-27 Turbine wheel assembly Granted JPS60139001U (en)

Priority Applications (1)

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JP2695484U JPS60139001U (en) 1984-02-27 1984-02-27 Turbine wheel assembly

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JPS60139001U JPS60139001U (en) 1985-09-13
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