[发明专利]一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构

说明书

本发明提供了一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构，转轴的一端设置连接部，且涡轮的中部设有连接槽，且连接槽的内圈尺寸不大于连接部的外围尺寸，连接部过盈配合至连接槽内，连接部的外围尺寸是根据涡轮增压器工作扭矩和材料特性进行确定。本发明所述的一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构，特殊四边形轮廓型面结构参数方程适用与不同规格的涡轮转轴连接结构，该连接结构简单，机械加工容易实现，且采用锥体型面连接方式，连接可靠且保证强度要求。

技术领域

本发明属于涡轮增压器结构设计领域，尤其是涉及一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构。

背景技术

增压器涡轮是增压器的重要部件之一。目前增压器涡轮普遍采用镍基高温合金K418材料，但该材料密度大(8.0×103kg/m3)，转动惯量较大，发动机启动时导致明显的涡轮迟滞效应。为了降低涡轮的转动惯量，提升发动机的瞬态响应性，涡轮采用低密度、高强度的钛铝合金材料可显著提升增压器性能。

虽然钛铝涡轮可以大大提升发动机瞬态响应性，但钛铝合金材料属于金属间化合物，不能很好地与钢轴进行可靠连接，因此不能采用常规的摩擦焊接方式。国内外对钛铝涡轮与转轴连接进行了大量研究，通过现有技术的钎焊方法对其进行焊接，可在一定的强度和温度下实现二者的可靠连接，但在较为恶劣工况下工作时仍存在一定的局限性；而通过螺纹过盈连接提出了不同的涡轮和转轴连接方式，排除了焊接带来的连接可靠问题，但钛铝合金加工难度较大，在其表面加工螺纹时加工精度不高且容易发生崩裂；还有通过钛铝涡轮由贯穿其中的转轴和锁紧螺母固定的连接结构度要求，这类涡轮贯穿连接方式易加工且可满足连接强度要求，但由于涡轮材料的减少其结构强度有所降低，不利于涡轮的极端运行工况。由上可知，采用稳定可靠的钛铝涡轮与转轴的连接方式显得极其重要。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构，以能够实现钛铝涡轮与转轴的可靠性连接，从而提高增压器运行稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构，转轴的一端设置连接部，且涡轮的中部设有连接槽，且连接槽的内圈尺寸不大于连接部的外围尺寸，连接部过盈配合至连接槽内，连接部的外围尺寸是根据涡轮增压器工作扭矩和材料特性进行确定。

进一步的，所述连接部的横截面是梯形结构，连接部的竖截面是四边形轮廓，连接部的外边缘均为弧形结构。

进一步的，所述连接部能够在涡轮转动过程中传递扭矩，满足增压器使用要求，所述连接部外围的尺寸参数方程为：

x和y为四边形轮廓边长，l是轮廓偏移量，D₁是四边形轮廓外接圆直径；D₂是四边形轮廓外接圆直径；l需满足0l≤D₁/32；

D₁的大小和其内接圆直径D₂、轮廓偏移量l有关，关系如下式所示：

D₁＝D₂+4l

进一步的，所述连接部的外围尺寸是根据涡轮增压器工作扭矩和材料特性进行确定的方法是，连接部根部外接圆直径D₁的大小与工作扭矩N、转轴合金材料的最大许用切应力τ_perm和四边形轮廓面的极惯性矩J_p之间应满足：

相对于现有技术，本发明所述的一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种钛铝涡轮与转轴的锥体连接结构，特殊四边形轮廓型面结构参数方程适用与不同规格的涡轮转轴连接结构。