[发明专利]一种陶瓷增压器涡轮转轴及其成型工艺

说明书

技术领域

本发明属于涡轮增压器结构设计领域，具体涉及一种陶瓷增压器涡轮转轴。

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零部件，主要由涡轮和转轴连接而成。目前，涡轮增压器的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。对于由镍基高温合金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陶瓷等新材料。

此外，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等新材料时，由于陶瓷等新材料与42CrMo合金钢材料的相容性较差，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等新材料制造时，涡轮转轴需要采用新结构与新工艺，进行陶瓷等新材料涡轮同转轴的连接，以充分保证增压器涡轮转轴的可靠性。

发明内容

本发明提出一种陶瓷增压器涡轮转轴。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：

一种陶瓷增压器涡轮转轴结构，包括涡轮、转轴和卡环，所述涡轮靠近转轴的一端轮毂上从内向外依次设有涡轮外螺纹和涡轮光轴，所述涡轮外螺纹的螺纹旋向同增压器涡轮转轴工作时的旋转方向相反；所述涡轮光轴上设有用于装配卡环的涡轮环槽，所述涡轮光轴的直径小于或等于涡轮外螺纹的螺纹底径；

所述转轴靠近涡轮的一端设有同涡轮外螺纹相装配的转轴内螺纹孔，所述转轴内螺纹孔的底部有同涡轮光轴相装配的转轴光孔，所述转轴光孔上设有用于装配卡环的转轴环槽，所述转轴内螺纹孔与转轴光孔之间设有转轴工艺环槽，所述转轴工艺环槽和转轴环槽之间的转轴光孔上有用于装配卡环的转轴导向倒角；

所述卡环为弹性开口环，所述卡环的一端外侧有用于装配的卡环导向倒角，所述卡环的卡环导向倒角的角度同转轴导向倒角的角度相同，所述卡环另一端外侧有用于防重复定位的卡环装配工艺斜面；

所述涡轮和转轴通过涡轮外螺纹和转轴内螺纹孔旋紧装配在一起，所述卡环同时装配在涡轮环槽和转轴环槽中。

进一步的，所述涡轮外螺纹与轮背之间有涡轮定位凸台和过渡圆弧。

进一步的，所述卡环的卡环装配工艺斜面的法线方向同卡环的轴线夹角在3°-15°之间。

上述陶瓷增压器涡轮转轴的成型工艺，包括以下步骤：

a、确定涡轮、转轴和卡环的尺寸参数：根据增压器的涡轮转轴和轴承体的结构参数，确定涡轮同转轴和卡环装配的涡轮外螺纹、涡轮光轴、涡轮环槽、涡轮定位凸台和过渡圆弧的尺寸，确定转轴同涡轮和自锁环装配的转轴内螺纹孔、转轴光孔、转轴环槽、转轴导向倒角和转轴工艺环槽的尺寸，确定卡环的内径、外径、宽度、开口角度、卡环导向倒角和卡环装配工艺斜面的尺寸；

b、涡轮、转轴和卡环的加工：按照步骤a确定的涡轮、转轴和卡环的结构尺寸参数，进行加工，进行转轴加工，进行卡环加工；

c、涡轮与卡环的装配：将卡环放置在涡轮环槽中，卡环装配工艺斜面靠近涡轮外螺纹一侧，卡环导向倒角则远离涡轮外螺纹一侧；

d、涡轮与转轴的螺纹旋紧装配：将步骤c中装有卡环的涡轮同转轴通过螺纹旋紧装配在一起，保证涡轮外端面与转轴2的外端面贴合，使卡环同时装配在涡轮环槽和转轴环槽中，形成完整的涡轮转轴，如图5所示。

本发明的有益效果是：

一种陶瓷增压器涡轮转轴及连接工艺，采用螺纹连接与卡环锁紧相结合的组合结构，在合理确定涡轮、转轴和卡环尺寸参数的基础上，通过涡轮、转轴和卡环的加工与装配，可以实现陶瓷增压器涡轮转轴的可靠连接，能够有效地解决增压器涡轮采用陶瓷等新材料时存在的涡轮转轴连接问题。