具有凹陷部的压缩机轮轴制造技术

本发明专利技术涉及具有凹陷部的压缩机轮轴。具体地，一种涡轮增压器组件包括压缩机轮和轴，压缩机轮具有基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔，轴包括设置在压缩机轮的孔内位于z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮的孔内位于z平面和基面之间的一位置的第二导引面、以及设置在第一导引面和第二导引面之间的凹陷面。这种组件可以包括靠近压缩机轮的鼻面可调节地设置在轴上的螺母，其中，螺母的调节使轴张紧从而在压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。还公开了设备、组件、系统、方法等等的各种其他示例。

【技术实现步骤摘要】

本文所公开的主题一般地涉及用于内燃发动机的涡轮机械，并且具体地涉及包括凹陷部的压缩机轮轴。
技术介绍
排气驱动的涡轮增压器包括旋转组，旋转组包括通过轴彼此连接的涡轮机轮和压缩机轮。在运行期间，取决于诸如各种涡轮增压器部件的尺寸之类的因素，轴可以被预期以超过200000rpm的速度旋转。为了确保合适的转子动力性能，旋转组应当在宽范围的条件(例如运行、温度、压力等等)上被良好地平衡并被良好地支撑。在本文的多个实施例中所描述的技术、方法等能够降低在各种条件下涡轮增压器被损坏的风险。这些技术、方法等可以提高产品质量，提高性能，降低噪声，减少振动，降低声振粗糙度，或为涡轮机械带来其他益处。附图说明通过参考下面的详细描述并且结合附图示出的示例，可以对本文所描述的各种方法、设备、组件、系统、布置等等以及它们的等同物有更全面的理解，附图中:图1是涡轮增压器和内燃发动机的示例以及控制器的示例的示意图；图2是涡轮增压器组件的示例的一系列截面图，该涡轮增压器组件包括带有导引面的压缩机轮轴；图3是图2的组件和向压缩机轮轴加载的部件的一系列截面图；图4是图3的压缩机轮轴以及加载机构的示例的一系列侧视图；图5是压缩机轮轴的示例的一系列张应力图以及图4的压缩机轮轴的示例的侧视图；图6是压缩机轮轴的示例的一系列张应力图；图7是运行条件的示例的一系列图；以及图8是方法的示例的方框图。具体实施例方式作为一个示例，涡轮增压器组件可包括压缩机轮和轴，压缩机轮具有基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔，轴包括设置在压缩机轮的孔内位于Z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮的孔内位于Z平面和基面之间的一位置的第二导引面、以及设置在第一导引面和第二导引面之间的凹陷面。这种组件还可以包括靠近压缩机轮的鼻面可调节地设置在轴上的螺母，其中，螺母的调节使轴张紧从而在压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。在使用和不使用期间，涡轮增压器的轴和压缩机轮(例如，如前述示例中那样布置)暴露于各种温度，这会导致轴和压缩机轮还有其他部件的膨胀或收缩。在部件由不同材料制成的情况下，它们各自的热膨胀线性系数可能是不同的，这会导致负载(例如，力)、间隙等等的改变。热膨胀线性系数可能会相差很大，例如，不锈钢(316)大约是16X10_6m/mK，铝大约是22X 10_6m/mK，并且钛大约是9 X 10_6m/mK。因此，对于一度的温度变化(C或K)，铝的线性膨胀将会大于不锈钢的线性膨胀，不锈钢的线性膨胀将会大于钛的线性膨胀。当部件在一个方向上经历应变时，其他方向上的应变可以用制造该部件的材料的泊松比来表征。例如，当部件在一个方向上被压缩时，它可以在另一个方向上膨胀，并且类似地，当部件在一个方向上被张紧时，它可以在另一个方向上收缩。泊松比可以被正式地定义为横向应变(垂直于所施加的负载)与轴向应变(沿所施加的负载的方向)的比值。对于各向同性的不锈钢，泊松比大约是0.30到0.31 ;对于各向同性的铝合金，其趋向于稍高，大约是0.33。对于各向同性的钛，泊松比大约是0.34。某些材料可具有负泊松比。对于涡轮增压器组件的部件而言，对于应变的了解源于对于应力的了解。弹性材料的应力和应变之间的关系可以通过材料的杨氏模量来表征，杨氏模量可被定义为在适用于胡克定律的应力范围(例如可逆的应变)内单轴应力对单轴应变的比。在固体力学中，应力-应变曲线在任意点的斜率是正切模量，而应力-应变曲线的初始直线部分是杨氏模量(或者拉伸模量或弹性模量)。杨氏模量取决于温度，其中，对于大约200C的温度，钢的杨氏模量大约是27 X 106psi，钛的杨氏模量大约是14 X 106psi，而招的杨氏模量大约是9 X 106psi。在运行期间，旋转部件经历可观的向心力，向心力可由质量、质量半径和角速度决定。质量可以通过使用材料的密度和体积确定，例如，其中，不锈钢的密度大约是8000kg/m3，铝的密度大约是2700kg/m3，并且钛的密度大约是4500kg/m3。给定一向心力(例如应力)，可以使用杨氏模量来预测径向应变的量。进而，可以使用泊松比来预测轴向应变的量。在泊松比为正(例如，钢、铝、钛等等)的情况下，轴向应变将为负。例如，以IOOOOOrpm旋转的铝合金压缩机轮将会径向地膨胀并且轴向地收缩。如本文所述，压缩机轮可以以一种方式被附接到轴，使得压缩机轮和轴被期望作为单元而旋转(例如，轴关于压缩机轮的旋转滑动应当最小)。例如，压缩机轮可包括用于接收轴的通孔，其中，一机构用于固定压缩机轮。附接机构可包括拧到轴的端部上的螺母，其中，螺母的表面可以向压缩机轮施加压缩力从而将压缩机轮夹持在螺母和另一个表面之间，该另一个表面例如是推力套圈的表面。在这种示例中，轴可以包括肩部，肩部座置抵靠推力套圈的表面，使得螺母的收紧导致轴的一部分(例如推力套圈表面和螺母之间)经受张力或张应力。张应力使得材料沿所施加负载的方向被拉长，根据泊松比，这会导致另一方向上的一定的收缩。张应力可以被定义为负载除以面积。因此，在轴具有较小的横截面面积(例如直径)的情况下，其将会具有较高的张应力。如本文所述，压缩机轮可包括基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔，并且轴可包括设置在压缩机轮的孔内位于z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮的孔内位于z平面和基面之间的一位置的第二导引面以及设置在第一导引面和第二导引面之间的凹陷面。在前述的示例中，具有轴的凹陷面的那部分具有小于第一导引面或第二导引面的截面积(例如直径)。在这种示例中，张应力沿着轴的具有凹陷面的那部分较高，这进而意味着在轴的对应于两个导引面的那部分处张应力较小。由于应力决定应变，所以应变沿着轴的具有凹陷面的那部分更大。如本文所述，轴被构造为在轴的特定部分上承载较高的张应力，该轴可用于减小张应力响应于温度、转速以及温度和转速的总体百分比变化。在这种示例中，轴和压缩机轮组件的负载/拉伸窗口增大。如本文所述，轴可包括凹陷或凹切部(undercut)(例如设置在两导引部之间)，其允许轴更加具有柔性并且具有更大的负载/拉伸窗口，这可进一步有利于涡轮增压器组件的大量连续生产。对于轴和压缩机轮组件而言，负载/拉伸窗口可以相对于最小负载要求被定义，例如可以被定义为维持空气转矩以及避免压缩机滑动，平衡疲劳后的退化和轴断裂。最糟糕的情况可以相对低温和高转速被定义。负载/拉伸窗口也可以相对于最大负载要求被定义，例如被定义为避免拉伸增加到不可逆弹性和轴断裂的程度。最糟糕的情况可以相对于高温和低转速或零转速被定义，例如在热停机时(例如，涡轮增压器是热的而压缩机轮没有旋转)。如本文所述，涡轮增压器组件可包括:包括孔的壳体；设置在壳体的孔内的轴承；包括基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔的压缩机轮；由所述壳体的孔内的轴承可旋转地支撑的轴，其中，轴包括设置在压缩机轮孔内位于z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮孔内位于Z平面和基面之间的一位置的第二导引面以及设置在第一导引面与第二导引面之间的凹陷面；绕轴设置在轴承和压缩机轮的基面之间的推力套圈；以及可调节地设置在轴上靠近压缩机轮鼻面的螺母，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮增压器组件，包括：壳体，其包括孔；轴承，其设置在所述壳体的孔内；压缩机轮，其包括基面、鼻面、设置在所述基面和所述鼻面之间的z平面以及从所述基面延伸到所述鼻面的孔；轴，其由所述壳体的孔内的所述轴承可旋转地支撑，其中，所述轴包括设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述鼻面之间的一位置的第一导引面，设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述基面之间的一位置的第二导引面，和设置在所述第一导引面和所述第二导引面之间的凹陷面；推力套圈，其绕所述轴设置在所述轴承和所述压缩机轮的基面之间；和螺母，其靠近所述压缩机轮的鼻面可调节地设置在所述轴上，其中，所述螺母的调节使所述轴张紧，从而在所述压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。

【技术特征摘要】
2011.11.08 US 13/291,4661.一种涡轮增压器组件，包括: 壳体，其包括孔； 轴承，其设置在所述壳体的孔内； 压缩机轮，其包括基面、鼻面、设置在所述基面和所述鼻面之间的Z平面以及从所述基面延伸到所述鼻面的孔； 轴，其由所述壳体的孔内的所述轴承可旋转地支撑，其中，所述轴包括 设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述鼻面之间的一位置的第一导引面， 设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述基面之间的一位置的第二导引面，和 设置在所述第一导引面和所述第二导引面之间的凹陷面； 推力套圈，其绕所述轴设置在所述轴承和所述压缩机轮的基面之间；和螺母，其靠近所述压缩机轮的鼻面可调节地设置在所述轴上，其中，所述螺母的调节使所述轴张紧，从而在所述压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。2.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述推力套圈和所述螺母向所述压缩机轮的基面和鼻面施加所述压缩负载。3.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述压缩负载向所述轴施加拉伸负载。4.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述推力套圈包括内表面以座置所述轴的表面。5.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述轴包括座置在所述推力套圈内的肩部。6.权利要求5的涡轮增压器组件，其中，所述压缩负载在所述轴的肩部和所述轴与所述螺母接触的部分之间向所述轴施加拉伸负载。7.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述螺母包括螺纹，并且其中，所述轴包括用于在所述轴上调节所述螺母的螺纹。8.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述基面之间的一位置的所述第二导引面朝向所述压缩机轮的鼻面部分地延伸超过所述z平面。9.权利要求1的涡轮增压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·卡斯坦，D·阿曼德，G·迪厄多內，O·米洛特，L·图森，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：