涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法技术

本发明专利技术创造提供了一种涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，包括如下步骤：S1、确定涡轮叶轮和转轴连接部位结构参数；S2、确定转轴套壁厚度；S3、加工轮廓型面；S4、涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接部位通过过盈配合装配。本发明专利技术创造所述的涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，既保证了连接强度的同时改善连接部位应力分布，可以最大程度地在涡轮叶轮与转轴间传递扭矩，更好地适应增压器在高转速时的运行稳定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法


[0001]本专利技术创造属于涡轮增压器结构领域，尤其是涉及一种涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法。

技术介绍

[0002]涡轮转轴是涡轮增压器的核心零部件之一，由涡轮叶轮和转轴连接而成。目前，柴油机增压器的涡轮叶轮普遍采用铸造镍基高温合金K418材料(材料密度为8.0
×
103kg/m3)，转轴采用42CrMo合金钢材料。对于由K418材料制造的增压器涡轮叶轮和42CrMo合金钢制造的转轴，大部分采用摩擦焊接或电子束焊接直接将涡轮与转轴进行连接。然而，由于K418材料密度较大，由其制造的涡轮转动惯量也较大，导致发动机的瞬态响应性较差，特别是对于车用发动机，在起动和加速时存在冒黑烟现象。
[0003]为了提高废气涡轮增压发动机的瞬态响应性、减少起动/加速时的冒黑烟现象、降低涡轮增压器转子的转动惯量，增压器涡轮叶轮可采用比强度较高的钛铝金属间化合物新材料。特别是此材料密度仅为K418高温合金的一半，同时又具有良好的高温性能和抗氧化性能，且弹性模量较大，用钛铝金属间化合物材料制备的增压器涡轮，能够显著降低增压器涡轮转子的转动惯量。但是，钛铝金属间化合物是一种物理和力学性能介于金属和陶瓷材料之间的脆性材料，传统镍基高温合金焊接工艺无法保证脆性材料涡轮与结构钢轴的可靠连接，涡轮转轴的连接强度得不到有效保证。
[0004]因此，为保证增压器涡轮转轴的可靠性，需要研究新型涡轮叶轮与转轴的连接方法，以实现涡轮叶轮与转轴的可靠连接。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，以解决涡轮叶轮和转轴连接可靠性低的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：
[0007]一种涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，包括如下步骤：
[0008]S1、确定涡轮叶轮和转轴连接部位结构参数；
[0009]S2、确定转轴套壁厚度；
[0010]S3、加工转轴的轮廓型面；
[0011]S4、涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接部位通过过盈配合装配，实现涡轮与转轴的轴向可靠性。
[0012]进一步的，所述步骤S1中确定涡轮叶轮和转轴连接部位结构参数的具体方法为：
[0013]根据钛铝涡轮转轴与轴承体径向和轴向配合结构，确定了涡轮和转轴连接处的特殊轮廓型面当量圆直径Dm的值，参照德国标准DIN32711规定的设计尺寸，可知连接特殊轮廓型面偏移量e；
[0014]根据涡轮的极惯性矩Jp与Dm、e的关系式，可求出极惯性矩Jp值：
[0015][0016]为了验证所设计特殊轮廓型面是否满足设计要求，可根据给定涡轮工作扭矩T，及Jp与Dm，通过下式判断是否满足与钛铝合金的最大许用切应力τperm关系：
[0017][0018]为了确保加工特殊轮廓型面结构参数，须确定特殊轮廓型面的内外接圆尺寸，轮廓外接圆直径Da、内切圆直径Di与当量圆直径Dm、轮廓偏移量e关系见下式，具体计算为：
[0019]Dm＝Da
‑
2e或Dm＝Di+2e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0020]并根据Dm和e后，通过以下参数形式方程得到不同角度下的轮廓线坐标：
[0021][0022]α为参数角度为0
°
～360
°
。
[0023]为了满足转轴套的结构强度，所述步骤S2中确定转轴套壁最小壁厚s厚度方法为：
[0024]s＝(D
‑
Da)/2＝≥3.5mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0025]式中，D是转轴套的外径，可由实际需求确定。
[0026]进一步的，所述步骤S3中加工轮廓型面的具体方法为：涡轮凸台和转轴套孔均由数控车床进行加工，按照轮廓线方程将数据导入车床后控制走刀路径。
[0027]相对于现有技术，本专利技术创造所述的涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法具有以下优势：
[0028](1)本专利技术创造所述的涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，既保证了连接强度的同时改善连接部位应力分布，可以最大程度地在涡轮叶轮与转轴间传递扭矩，更好地适应增压器在高转速时的运行稳定。
[0029](2)本专利技术创造所述的涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，廓型面结构参数方程适用与不同规格的涡轮转轴连接结构，通用性强，能够实现涡轮叶轮与转轴的可靠性，进而指导新结构及新材料的应用。
[0030](3)本专利技术创造所述的涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，机械加工容易实现。
附图说明
[0031]构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：
[0032]图1为本专利技术创造实施例所述的涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法的流程图；
[0033]图2为本专利技术创造实施例所述的连接部位廓型面的剖面图；
[0034]图3为本专利技术创造实施例所述的涡轮转轴的剖面图。
[0035]附图标记说明：
[0036]1‑
涡轮叶轮；2
‑
转轴。
具体实施方式
[0037]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0038]在本专利技术创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0039]在本专利技术创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术创造中的具体含义。
[0040]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术创造。
[0041]涡轮叶轮1与转轴2的轮廓型面连接方法，如图所示，包括如下步骤：
[0042]S1、确定涡轮叶轮1和转轴2连接部位结构参数；
[0043]S2、确定转轴2套壁厚度；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、确定涡轮叶轮和转轴连接部位结构参数；S2、确定转轴套壁厚度；S3、加工转轴的轮廓型面；S4、涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接部位通过过盈配合装配。2.根据权利要求1所述的涡轮叶轮与转轴的轮廓型面连接方法，其特征在于：根据钛铝涡轮转轴与轴承体径向和轴向配合结构，确定了涡轮和转轴连接处的特殊轮廓型面当量圆直径Dm的值，参照德国标准DIN32711规定的设计尺寸，可知连接特殊轮廓型面偏移量e；根据涡轮的极惯性矩Jp与Dm、e的关系式，可求出极惯性矩Jp值：为了验证所设计特殊轮廓型面是否满足设计要求，可根据给定涡轮工作扭矩T，及Jp与Dm，通过下式判断是否满足与钛铝合金的最大许用切应力τperm关系：为了确保加工特殊轮廓型面结构参数，须确定特殊轮廓型面的内外接圆尺寸，轮廓外接圆直径Da、内切圆直径Di与当量圆直径Dm、轮廓偏移量e关系见下式，具体计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘烨，王增全，佟鼎，史鑫钰，王晋伟，王依宁，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：