[发明专利]具有凹陷部的压缩机轮轴

说明书

技术领域

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。

背景技术

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16×10^-6m/mK，铝大约是22×10^-6m/mK，并且钛大约是9×10^-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27×10⁶psi，钛的杨氏模量大约是14×10⁶psi，而铝的杨氏模量大约是9×10⁶psi。