壓縮機轉輪組件的製作方法
2023-05-20 18:43:31 2
專利名稱：壓縮機轉輪組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及裝配在轉軸上的壓縮機轉輪組件。本發明尤其涉及一渦輪增壓器的壓縮機轉輪組件。
背景技術：
眾所周知的是渦輪增壓器是在一高於大氣壓的壓力下(升壓)將空氣輸入到內燃機入口處的裝置。傳統的渦輪增壓器主要包括一安裝在渦輪機殼體內的轉軸上由排放氣體驅動的渦輪機轉輪。渦輪機轉輪的旋轉帶動安裝在壓縮機殼體內的轉軸的另一端上的壓縮機轉輪進行旋轉。壓縮機轉輪將壓縮空氣輸送到發動機的進氣歧管中，由此增加發動機的動力。該軸由連接於渦輪機和壓縮機轉輪室之間的中心軸承室內的徑向推力軸承支承。
傳統的壓縮機轉輪包括一組從中心輪轂上延伸的葉片，其中該中心輪轂上有用於安裝渦輪增壓器軸的一端的孔。通過把一螺母擰到軸的一端上將壓縮機轉輪固定在軸上，在此處該螺母延伸穿過轉輪孔，並且壓緊在轉輪的前端上，從而將該轉輪夾緊在一軸肩處(或者其它的和所述軸一起旋轉的徑向延伸的支座)。
現在對渦輪增壓器性能的需求要求增大來自一給定尺寸的渦輪增壓器的空氣流，從而提高轉速，例如超過100,000rpm。為了達到這種高轉速，因此必須使渦輪增壓器的軸承和由此帶來的渦輪增壓器軸的直徑達到最小。然而，使用直徑相對小的軸會給傳統的壓縮機轉輪的安裝組件帶來問題。也就是說，要在滿足所需精度的的條件下加工出一個穿過壓縮機轉輪足夠窄的孔是很困難的(如果要使旋轉轉動平衡，該孔必須與轉輪的旋轉軸線同心)。由於孔的直徑減小，那麼加工該孔的工具的尺寸將會相應的減小，因此工具的強度也就降低了。即使可以保證所需的精度，但是加工時間的增加和工具耐磨度的問題卻防礙了工藝上的經濟可行性。
由於渦輪增壓器的持續發展要求使用性能較高的材料如鈦，這些材料比通常所使用的鋁合金更難於加工，因此上述問題被惡化了。
為避免上述問題可能採用的一個方法是使用一個例如美國專利第4,705,463號中披露的所謂的「無孔」壓縮機轉輪。採用這種壓縮機轉輪組件，其壓縮機轉輪上僅僅只有一個相對較短的螺紋孔，縮短的渦輪增壓器軸的螺紋端裝配在其內。然而，由於壓縮機轉輪和軸之間的螺紋連接和在這種連接中所固有的間隙可能會造成很難保持所需要的同心度的問題，因此這種組件也會產生平衡的問題。
發明內容
本發明的一個目的是為了消除或者減輕上述問題。
根據本發明提供的一種壓縮機轉輪組件，它包括安裝在轉軸上的壓縮機轉輪，所述軸延伸穿過沿轉輪的旋轉軸線形成的孔，其中該孔的內直徑大於穿過壓縮機轉輪的這部分軸的外直徑，和一圓筒形的軸套，該軸套位於孔的內表面和軸的外表面之間，同心地套在軸的周圍，因此該軸套將此軸同軸地支承在孔內。
本發明使加工出的軸孔具有適合精確地批量生產的直徑，然後通過使用所述軸套使孔徑有效地減小以適合所述軸的直徑。這樣便克服了現有技術中製造上的困難。
軸套可以與壓縮機轉輪進行預配合。因此，本發明也提供了一種用於渦輪增壓器的壓縮機轉輪，該轉輪在使用中被安裝到渦輪增壓器軸的一端上，其中壓縮機轉輪限定了一直徑相對較大的內部軸向通孔，並且該壓縮機轉輪還具有一內直徑相對較小的圓筒形的軸套，該軸套的內直徑根據軸的直徑進行選擇，並且同軸地位於所述孔的內部。
本發明的其它優選特徵將會在以下描述中變得明顯。
現在僅僅通過舉例並結合附圖的方式對本發明的具體實施例進行描述，其中圖1為一傳統的渦輪增壓器的軸向剖面圖，示出了渦輪增壓器和傳統的壓縮機轉輪組件的主要部件；
圖2為根據本發明的壓縮機轉輪組件的剖面圖。
具體實施例方式
首先參照圖1，該圖示出了一傳統的向心式渦輪增壓器的基本部件。該渦輪增壓器包括經一中央軸承室3連接到壓縮機2上的渦輪機1。該渦輪機1包括一容納渦輪機轉輪5的渦輪機殼體4。類似地，壓縮機2包括容納壓縮機轉輪7的壓縮機殼體6。渦輪機轉輪5和壓縮機轉輪7安裝在一普通軸8的的相對端上，該軸8由位於軸承室3內的軸承組件9支承。
渦輪機殼體4設有一排放氣體進口10和一排放氣體出口11。進口10將引入的排放氣體導入到渦輪機轉輪5周圍的環形進氣腔12內。排放氣體流經渦輪機並經一與渦輪機轉輪5共軸的圓形排氣開口流入到排氣出口11。渦輪機轉輪5旋轉帶動壓縮機轉輪7旋轉，該壓縮機轉輪通過軸向進口13將空氣吸入並且經環形的出氣渦腔14將壓縮空氣輸送到發動機進口處。
現在對壓縮機轉輪組件進行更詳細的描述，該壓縮機轉輪包括若干從中心輪轂16上延伸的葉片15，該中心輪轂16具有一用於安裝軸8的一端的通孔。該軸8從壓縮機轉輪7的前端處延伸出一小部分，並且將一螺母17擰到軸8上，該螺母17壓在壓縮機轉輪的前端處從而將壓縮機轉輪7夾緊在推力軸承和油封組件18上。推力軸承/油封組件的細節可以改變並且對理解壓縮機轉輪安裝結構並不重要。實質問題是，通過由螺母17施加的夾緊力防止壓縮機轉輪7在軸8上發生滑動。
在本說明書的介紹中將會討論上述傳統的壓縮機轉輪組件所帶來的問題。
圖2示出了根據本發明的壓縮機轉輪組件。軸8、推力軸承和密封組件18以及夾緊螺母17的細節部分可以與通常所採用的部件完全相同，例如如圖1中所示。
圖2中的組件明顯區別於圖1中的組件的地方是，根據本發明的壓縮機轉輪孔21具有一相對大的直徑(即大於軸8的直徑)，並且特別是，具有該尺寸的孔能在滿足所需精度的條件下容易加工並且進行大批量的生產。然後通過將一圓筒形的軸套22導入到孔21中使孔21的直徑有效地減小。軸套22的外直徑與孔21的內直徑相適應，其內直徑與軸8的外直徑相適應。因此，軸8被精確地放置並固定在沿孔21的軸線上。
由於採用了圖2中的夾緊螺母結構，套筒21略短於孔20的長度從而確保該夾緊力通過壓縮機轉輪傳遞而不是通過套筒傳遞。
由於套筒21不承擔和壓縮機轉輪相同的壓力，因此，它可以採用比壓縮機轉輪材料更容易加工的材料製造。
因此，在本發明中將壓縮機轉輪安裝在一小直徑軸上所需的直徑相對小的孔具有精度高並且製造容易的特點。由於軸套21以相同的方式和一大直徑軸配合到孔20內，因此轉輪的平衡問題並沒有得到實質上的改變。另外，根據本發明不需要對壓縮機轉輪組件的其它部件進行改進，例如轉輪的夾緊結構。
權利要求
1.一種壓縮機轉輪組件，它包括安裝在轉軸上的壓縮機轉輪，所述軸延伸穿過沿轉輪的旋轉軸線形成的孔，其中該孔的內直徑大於穿過壓縮機轉輪這部分軸的外直徑，和一圓筒形的軸套，該軸套位於孔的內表面和軸的外表面之間，同心地套在軸的周圍，因此該軸套將此軸同軸地支承在孔內。
2.如權利要求1所述的壓縮機轉輪組件，其中軸套的軸向長度比穿過壓縮機轉輪的孔的軸向長度短。
3.如權利要求1或2所述的壓縮機轉輪組件，其中通過將一螺母擰到軸的一端上給轉輪施加一軸向夾緊力以將轉輪固定在軸上。
4.如權利要求3所述的壓縮機轉輪組件，其中將螺母直接或間接地壓靠在轉輪的前端以將轉輪夾於對頭結合處，從而防止轉輪沿著軸發生軸向運動。
5.如前述任意權利要求所述的壓縮機轉輪組件，其中在將壓縮機轉輪安裝在軸上之前，將所述軸套壓配合到壓縮機轉輪孔內。
6.一種用於渦輪增壓器的壓縮機轉輪，該轉輪在使用中被安裝到渦輪增壓器軸的一端上，其中壓縮機轉輪限定了一直徑相對較大的內部軸向通孔，並且該壓縮機轉輪還具有一內直徑相對較小的圓筒形的軸套，該軸套的內直徑根據軸的直徑進行選擇，並且同軸地安裝於所述孔的內部。
7.如權利要求6所述的壓縮機轉輪，其中套筒的軸向長度比通孔的軸向長度短。
8.一種渦輪增壓器包括如權利要求1至5中任一條所述的一壓縮機轉輪組件。
9.一種渦輪增壓器包括權利要求6或7所述的壓縮機轉輪。
全文摘要
一種壓縮機轉輪組件包括安裝在轉軸(8)上的壓縮機轉輪(7)，該轉軸延伸穿過一沿轉輪(7)的旋轉軸線形成的孔(21)。該孔(21)的內直徑大於軸(8)的外直徑，並且一圓筒形的軸套(22)同心地套在軸(8)的周圍，從而將軸(8)同軸地支承在孔(21)內。
文檔編號F04D29/28GK1508445SQ20031011983
公開日2004年6月30日 申請日期2003年10月24日 優先權日2002年10月24日
發明者A·比林格頓, A 比林格頓 申請人:奧爾塞特工程有限公司