[发明专利]一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺

说明书

技术领域

本发明属于涡轮增压器结构设计领域，具体涉及一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺。

背景技术

涡轮增压器是涡轮增压发动机的关键部件之一，涡轮转轴作为涡轮增压器的核心部件，主要由涡轮和转轴连接而成。目前，增压器涡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和42CrMo合金钢制造的转轴，可以采用摩擦焊接或电子束焊接工艺实现涡轮与转轴的可靠连接，形成涡轮转轴。然而，由于K418合金材料密度较大，由K418合金制造的涡轮转动惯量也相应较大，导致涡轮增压发动机的瞬态响应性较差。为降低涡轮增压器转子的转动惯量、提高废气涡轮增压发动机的瞬态响应性和改善发动机的低速性能，增压器涡轮可以采用密度较小的钛铝合金、陶瓷等新材料。

同时，对于汽油发动机所使用的涡轮增压器而言，由于增压器涡轮进口温度在1000℃以上，传统的镍基高温合金K418材料将难以满足使用要求，陶瓷等新材料应用于汽油发动机涡轮增压器不仅可以满足使用温度要求，而且可以降低涡轮的转动惯量，提高涡轮增压发动机的瞬态响应性。

但是，当增压器涡轮采用陶瓷、钛铝合金等新材料时，很难采用摩擦焊接工艺或电子束焊接工艺实现增压器涡轮转轴的可靠连接。因此，当增压器涡轮采用陶瓷、钛铝合金等新材料制造时，涡轮转轴需要采用新结构与新工艺，以充分保证增压器涡轮转轴的可靠性。

发明内容

本发明提出一种径流式增压器涡轮转轴结构及其成型工艺。可实现对涡轮转轴连接结构的锁紧，进而形成完整的涡轮转轴。

本发明的技术方案：

一种径流式增压器涡轮转轴结构，包括涡轮、转轴和自锁环，所述涡轮与转轴连接的一端设有涡轮内螺纹盲孔，所述涡轮内螺纹盲孔的底部设有工艺环槽；所述涡轮靠近转轴的端面与涡轮内螺纹盲孔之间设有一段涡轮光孔，所述涡轮光孔上开有用于装配自锁环的涡轮环槽，所述涡轮光孔的直径大于涡轮内螺纹盲孔的内螺纹底径，所述涡轮光孔靠近转轴的端面有用于装配的涡轮导向倒角；

所述转轴与涡轮连接的一端设有同涡轮内螺纹盲孔相装配的转轴外螺纹；所述转轴与涡轮连接的一端设有定位轴肩，所述转轴上有同涡轮光孔相装配的转轴光轴，所述转轴光轴的直径大于转轴外螺纹的螺纹顶径，所述转轴光轴上开有装配自锁环的转轴环槽，所述转轴光轴与转轴外螺纹之间设有过渡圆角；

所述自锁环为弹性开口环，所述自锁环靠近涡轮的一侧有用于装配的自锁环导向倒角，所述自锁环的自锁环导向倒角的倒角角度同涡轮导向倒角的倒角角度相同；

所述转轴与涡轮通过转轴外螺纹和涡轮内螺纹盲孔旋接在一起，所述自锁环装配在涡轮环槽和转轴环槽中。

进一步的，所述涡轮内螺纹盲孔的螺纹旋向同涡轮转轴结构工作时的转动方向相反。

进一步的，所述自锁环导向倒角朝向涡轮的一侧。

上述径流式增压器涡轮转轴结构的成型工艺，包括以下步骤：

a、确定涡轮、转轴和自锁环的尺寸参数：根据增压器的涡轮转轴和轴承体的结构参数，确定涡轮同转轴和自锁环装配的内螺纹盲孔、光孔、环槽与导向倒角的尺寸，确定转轴同涡轮和自锁环装配的外螺纹、光轴、过渡圆角、环槽与轴肩的尺寸，确定自锁环的内径、外径、宽度、开口角度和导向倒角的尺寸；

b、涡轮、转轴和自锁环的加工：按照步骤a确定的涡轮、转轴和自锁环的结构尺寸参数，进行涡轮内螺纹盲孔、光孔、环槽与导向倒角的加工，进行转轴外螺纹、光轴、过渡圆角、环槽与轴肩的加工，进行自锁环的加工；

c、转轴与自锁环的装配：将自锁环放置在转轴的环槽中，自锁环的导向倒角朝向涡轮一侧，如图5所示；

d、涡轮与转轴的螺纹旋紧装配：将步骤c中装有自锁环的转轴同涡轮通过螺纹旋紧装配在一起，保证自锁环装配在涡轮的环槽和转轴的环槽中，实现对涡轮转轴连接结构的锁紧，形成完整的涡轮转轴，如图5所示。

本发明的有益效果是：