[发明专利]一种涡轮转轴锥螺纹过盈连接结构与连接方法

说明书

技术领域

本发明属于涡轮增压技术领域，具体涉及一种涡轮转轴锥螺纹过盈连接结构与连接方法。

背景技术

涡轮转轴是涡轮增压器的核心零部件之一，由涡轮和转轴连接而成。由于涡轮转轴在工作过程中高速旋转，涡轮转轴的连接强度直接影响着涡轮增压器的可靠性与使用寿命。目前，增压器涡轮普遍采用铸造镍基高温合金K418，转轴采用42CrMo合金钢材料。对于由K418合金制造的涡轮和42CrMo合金钢制造的转轴，可以采用摩擦焊、电子束焊等实现涡轮转轴的可靠连接。

近年来，为提高涡轮增压发动机的瞬态响应性，增压器涡轮可以采用密度较小、比强度较高的钛铝合金材料制造；此外，为提高增压器涡轮的最高允许工作温度同时降低涡轮的转动惯量，涡轮也可以采用陶瓷材料制造。对于由钛铝合金或陶瓷材料制造的增压器涡轮，很难采用常规的焊接方法，实现钛铝合金涡轮或陶瓷涡轮与42CrMo合金钢转轴之间的可靠连接，不能够满足增压器涡轮转轴的连接强度要求。

在增压器涡轮转轴连接方面，专利号分别为97125874.0和200810110548.6的两个专利公开了一种采用机械过盈连接方法实现钛铝合金涡轮与42CrMo合金转轴连接的技术途径。专利号为201310166758.8的专利公开了一种采用过盈螺纹和销钉防松动相结合的涡轮叶轮与转轴连接方法与连接结构，该连接方法与连接结构可以实现涡轮转轴的可靠连接，但是存在涡轮叶轮与转轴螺纹连接过盈量难以保证以及销钉孔加工难度大、成本高的问题。专利号为201310294220.5的专利公开了一种钛铝涡轮叶轮与转轴的通孔连接方法与连接结构，该连接方法与连接结构可以实现涡轮转轴的可靠连接，但是钛铝涡轮叶轮中心需要加工通孔，这会造成涡轮叶轮心部强度的降低。

发明内容

本发明为解决增压器涡轮与转轴之间的连接问题，提出一种涡轮转轴锥螺纹过盈连接结构与连接方法。

涡轮转轴由涡轮与转轴通过锥螺纹过盈装配连接而成，其中，涡轮上有内锥螺纹，涡轮内锥螺纹孔底部有锥螺纹过盈旋紧预留环槽，可以使涡轮与转轴装配时在涡轮内锥螺纹部位加热膨胀或转轴外锥螺纹部位冷却收缩状态下实现充分旋紧以保证过盈量。转轴上有与涡轮内锥螺纹相配合的外锥螺纹，涡轮与转轴通过锥螺纹过盈装配连接在一起。结合涡轮转轴的结构尺寸，合理设计涡轮的内锥螺纹与锥螺纹过盈旋紧预留环槽尺寸以及转轴的外锥螺纹尺寸，涡轮与转轴装配时采用加热涡轮内锥螺纹部位或冷却转轴外锥螺纹部位的方法，通过涡轮内锥螺纹与转轴外锥螺纹的过盈装配实现涡轮转轴的可靠连接。

本发明的技术方案：

一种涡轮转轴锥螺纹过盈连接结构，包括涡轮1和转轴2，所述涡轮1上有内锥螺纹，所述涡轮1的内锥螺纹锥度θ₁取值范围为1-15°，所述涡轮1的内锥螺纹牙型为三角螺纹或双圆弧螺纹，所述涡轮1的内锥螺纹旋向与涡轮转轴工作时的转动方向相同，有利于保证涡轮转轴工作时螺纹连接部位始终处于旋紧状态；所述涡轮1的内锥螺纹孔底部有锥螺纹过盈旋紧预留环槽，锥螺纹过盈旋紧预留环槽的宽度为1-6倍的锥螺纹螺距，锥螺纹过盈旋紧预留环槽的直径大于涡轮内锥螺纹小端的螺纹底径Φ₁，有利于涡轮转轴装配时在涡轮内锥螺纹部位加热膨胀或转轴外锥螺纹部位冷却收缩状态下实现充分旋紧以保证过盈量与连接强度；所述涡轮1的内锥螺纹孔深度不超过轮背所在平面，有利于提高涡轮心部强度与超速裕度；所述转轴2的一端有与涡轮1内锥螺纹配合的外锥螺纹，所述转轴2的外锥螺纹锥度θ₂与涡轮1的内锥螺纹锥度θ₁相等，所述转轴2的外锥螺纹小端螺纹顶径Φ₂与涡轮1的内锥螺纹小端螺纹底径Φ₁相等，所述转轴2的外锥螺纹部位与转轴光轴过渡部位有过渡圆角，有利于避免转轴在螺纹与光轴过渡部位出现局部应力集中；所述转轴2外锥螺纹大端靠近光轴的螺纹底径大于光轴的直径，有利于提高转轴2的螺纹部位以及螺纹与光轴过渡部位的强度；所述涡轮1和转轴2采用加热涡轮1内锥螺纹部位或冷却转轴2外锥螺纹部位的方法，通过内锥螺纹与外锥螺纹的过盈装配将涡轮1与转轴2连接在一起形成完整的涡轮转轴。

一种涡轮转轴锥螺纹过盈连接方法，包括以下步骤：