[发明专利]增压器涡轮叶轮与转轴的圆锥螺纹连接方法与连接结构

说明书

技术领域

本发明属于车用涡轮增压技术领域，具体涉及一种增压器涡轮叶轮与转轴的圆锥螺纹连接方法与连接结构。

背景技术

涡轮转轴是涡轮增压器的关键部件之一，由涡轮叶轮和转轴连接而成。由于涡轮转轴在工作过程中高速旋转，涡轮叶轮与转轴的连接强度不仅影响着涡轮转轴的可靠性，而且影响着整个涡轮增压器的可靠性。目前，车用涡轮增压器的涡轮叶轮主要采用铸造镍基高温合金K418材料，转轴采用42CrMo合金钢材料。对于由K418合金制造的涡轮叶轮和42CrMo合金钢制造的转轴，工程中普遍采用摩擦焊接、电子束焊接等工艺实现涡轮转轴的可靠连接。但是，由于K418合金的密度为8.9×10³kg／m³，由K418合金制造的涡轮叶轮转动惯量比较大，发动机在起动和加速时的冒黑烟现象较为严重。

为降低涡轮增压器转子的转动惯量，减弱发动机在起动／加速时的冒黑烟现象，车用增压器涡轮叶轮可以采用比强度较高的铸造钛铝合金材料。钛铝合金的密度为3.87×10³kg／m³，约为K418合金密度的43％，同时，钛铝合金具有良好的高温性能和抗氧化性能，采用钛铝合金制造的增压器涡轮叶轮，能够有效地降低涡轮增压器转子的转动惯量，提高涡轮增压发动机的瞬态响应性，改善发动机性能。由于钛铝合金材料属于金属间化合物，采用常规的焊接方法，很难实现钛铝合金涡轮叶轮与42CrMo合金转轴之间的可靠连接，难以满足车用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，但是存在钛铝涡轮叶轮内螺纹以及销钉孔加工难度大的问题。专利号为201310250054.9的专利公开了一种钛铝涡轮和转轴的双圆弧自锁过盈螺纹连接方法与结构，该连接方法与连接结构可以实现涡轮转轴的可靠连接，但是存在钛铝涡轮叶轮双圆弧内螺纹加工难度大、螺纹过盈量难以有效保证等问题。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显著降低。专利号为201310384372.4的专利公开了一种钛铝增压器涡轮转轴的螺纹过盈锁紧连接方法与连接结构，该连接方法与连接结构也可以实现涡轮转轴的可靠连接，但是螺纹的过盈量加工难度大，且在涡轮转轴上需要安装销钉，加大了涡轮转轴的动平衡难度。

发明内容

本发明针对增压器涡轮叶轮与转轴之间的连接问题，提出一种增压器涡轮叶轮与转轴的圆锥螺纹连接方法与连接结构。通过合理设计涡轮叶轮与转轴的圆锥螺纹连接结构参数以及装配工艺参数，能够实现增压器涡轮叶轮与转轴之间的持久可靠连接，满足增压器涡轮转轴的连接强度要求。

本发明的技术方案：

一种增压器涡轮叶轮与转轴的圆锥螺纹连接结构，包括增压器涡轮叶轮2和转轴1，其特征在于：所述转轴1采用圆锥内螺纹，所述涡轮叶轮与转轴螺纹配合部分采用圆锥外螺纹，从涡轮端看所述圆锥螺纹的旋向与涡轮转轴工作时的转动方向相同，圆锥螺纹的锥度θ为4-10°，所述涡轮叶轮的背盘与螺纹过渡部分有180°过渡圆弧，涡轮叶轮A端面与转轴B端面之间有间隙，间隙大小为1-3倍螺纹螺距。

优选转轴1上圆锥内螺纹的螺纹长度为0.6-1.2倍螺纹公称直径，螺距为0.05-0.08倍螺纹公称直径。此范围的螺纹长度和螺距有利于装配的牢固。

优选涡轮叶轮2与转轴螺纹配合部分采用的圆锥外螺纹的长度比转轴1上圆锥内螺纹的螺纹长度小1-2倍螺距，便于装配。

一种增压器涡轮叶轮与转轴的圆锥螺纹连接方法，包括以下步骤：