專利名稱：無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器，尤其涉及一種無(wú)內(nèi)圈的混合陶瓷球軸承渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展是當(dāng)今人類面臨的重要問(wèn)題。渦輪增壓技術(shù)能夠大幅度提高活塞式 發(fā)動(dòng)機(jī)功率、減少排氣污染、改善經(jīng)濟(jì)性能，是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)主要發(fā)展方向之一。渦輪增壓器 的效率等于渦輪效率、壓氣機(jī)效率與機(jī)械效率的乘積。其中提高渦輪和壓氣機(jī)效率的技術(shù)已 經(jīng)趨于成熟，提高幅度有限，相對(duì)而言，機(jī)械效率還有較大的提升空間，采用滾動(dòng)軸承、空 氣軸承、電磁軸承等代替目前廣泛使用的浮動(dòng)軸承，可以降低機(jī)械損失、提高機(jī)械效率。但 在增壓器上應(yīng)用空氣軸承與電磁軸承還有很多技術(shù)問(wèn)題需要研究解決。
渦輪增壓器的軸承經(jīng)歷了從滾動(dòng)軸承到滑動(dòng)軸承、浮動(dòng)軸承，再到滾動(dòng)軸承的發(fā)展過(guò)程。 滾動(dòng)軸承、主要是滾珠軸承即球軸承，由于具有(1)高達(dá)95% 99%的機(jī)械效率，可以提高 現(xiàn)有浮動(dòng)軸承增壓器的總效率2% 8%，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，節(jié)約能源；(2)油膜阻力小， 啟動(dòng)快、可以改善增壓器的瞬態(tài)響應(yīng)性，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能；(3)對(duì)潤(rùn)滑油要求較低 (潤(rùn)滑油供油壓力為0. 1 0.3MPa、溫度為0 90'C)，減輕了增壓器漏油傾向、減少了發(fā)動(dòng) 機(jī)機(jī)油消耗，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染；并可短時(shí)間斷油，從而提高增壓器可靠性；(4)雙排、 背靠背式角接觸球軸承能夠承受雙向軸向載荷，故可以取消增壓器的止推軸承，簡(jiǎn)化軸承一 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軸向布置結(jié)構(gòu)。
但是，與目前渦輪增壓器廣泛應(yīng)用浮動(dòng)軸承相比較，應(yīng)用球軸承將加大渦輪增壓器軸承 系統(tǒng)徑向尺寸，使增壓器尺寸增大、重量增加；同時(shí)，在一定的技術(shù)水平下， 一定的旋轉(zhuǎn)直 徑對(duì)應(yīng)一定的軸承極限轉(zhuǎn)速，較大的旋轉(zhuǎn)直徑對(duì)應(yīng)較小的極限轉(zhuǎn)速，因此，球軸承渦輪增壓 器應(yīng)盡可能減小軸承旋轉(zhuǎn)直徑，從而提高增壓器極限轉(zhuǎn)速、提高增壓器可靠性。對(duì)有內(nèi)圈球 軸承渦輪增壓器，減小內(nèi)圈、外圈直徑受到增壓器轉(zhuǎn)子軸直徑的約束；減小內(nèi)圈、外圈徑向 厚度受到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的約束，而球直徑大小受軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束。所以進(jìn)一步減小渦輪增壓 器球軸承旋轉(zhuǎn)直徑可能性很小。現(xiàn)有的球軸承渦輪增壓器為有內(nèi)圈結(jié)構(gòu)，如專利 200510093692. X混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其DN值(軸承節(jié)圓直徑D與轉(zhuǎn)速N的乘積) 已達(dá)到2.2X106 3.0X106,*r/min，在同樣的DN值下，采用無(wú)內(nèi)圈軸承結(jié)構(gòu)，能夠提高 軸承的極限轉(zhuǎn)速約15%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種無(wú)內(nèi)圈、組合式混合陶瓷球軸承，通過(guò)取消內(nèi)圈，減小滾動(dòng)體的旋 轉(zhuǎn)半徑，實(shí)現(xiàn)提高極限轉(zhuǎn)速，簡(jiǎn)化增壓器軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小增壓器軸承系統(tǒng)徑向尺寸和減 輕渦輪增壓器體積與重量的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為 一種無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器， 包括壓氣機(jī)殼、壓氣機(jī)背盤(pán)、渦輪殼、軸承體、渦輪轉(zhuǎn)子、混合軸承；混合軸承包括混合軸 承外圈、渦輪轉(zhuǎn)子軸、混合軸承陶瓷球、混合軸承保持架。
所述的壓氣機(jī)殼為無(wú)葉擴(kuò)壓器渦殼、可變進(jìn)口幾何截面結(jié)構(gòu)或可調(diào)擴(kuò)壓器葉柵結(jié)構(gòu)；渦 輪殼為無(wú)葉渦輪殼、可變渦輪噴嘴環(huán)結(jié)構(gòu)或可變渦輪殼截面結(jié)構(gòu)；軸承體為油冷卻軸承體或 水冷卻軸承體；渦輪轉(zhuǎn)子包括渦輪葉輪與轉(zhuǎn)子軸，渦輪葉輪為徑流式或混流式結(jié)構(gòu)。
所述的混合軸承外圈安裝于渦輪增壓器軸承體內(nèi)孔中，包括左外圈和右外圈，左外圈和 右外圈分別設(shè)置有一個(gè)外滾道；所述的渦輪轉(zhuǎn)子軸并列設(shè)置有兩個(gè)內(nèi)滾道；渦輪轉(zhuǎn)子軸兩個(gè) 內(nèi)滾道分別與左外圈和右外圈的外滾道面對(duì)面，各自的凹面朝著對(duì)方；內(nèi)滾道和外滾道之間 設(shè)置有混合軸承陶瓷球，所述陶瓷球由內(nèi)、外滾道與混合軸承保持架定位。
所述的混合軸承還包括位于左外圈和右外圈之間的隔套，隔套通過(guò)定位銷固定。所述隔 套分為上、下兩部分，隔套的上半部分設(shè)有一個(gè)銷釘定位孔，通過(guò)定位銷使得混合軸承在渦 輪增壓器軸承體上的安裝定位，隔套的下半部分設(shè)有一個(gè)潤(rùn)滑油出油孔，使?jié)櫥土鞒龌旌?陶瓷球軸承。
兩個(gè)外圈、兩個(gè)保持架、兩排陶瓷球、兩片組合式隔套與渦輪轉(zhuǎn)子軸組成一個(gè)角接觸、 背靠背、大跨度(雙排球距離)、組合式混合陶瓷球軸承。
所述左外圈和右外圈上部分別開(kāi)設(shè)有與軸線成銳角的進(jìn)油孔，其優(yōu)選角度可在60" 8(T 之間。左外圈和右外圈由隔套定位，隔套通過(guò)定位銷固定。定位銷設(shè)有分別連通于左外圈進(jìn) 油孔和右外圈的進(jìn)油孔的兩個(gè)油孔通道。潤(rùn)滑油由軸承體潤(rùn)滑油進(jìn)口進(jìn)入定位銷內(nèi)孔，分別 經(jīng)由左外圈和右外圏上部的進(jìn)油孔進(jìn)入轉(zhuǎn)子軸上的斜面，濺射到陶瓷球上，對(duì)摩擦副進(jìn)行潤(rùn) 滑、冷卻。
渦輪增壓器還包括密封套，用于安裝壓氣機(jī)端密封環(huán)，為調(diào)整混合軸承支撐跨距，可以 取消密封套，相應(yīng)的密封環(huán)安裝環(huán)槽設(shè)置在壓氣機(jī)背盤(pán)與轉(zhuǎn)子軸上。
所述的外圈分為左右兩部分、隔套分為上下兩部分，是為了實(shí)S1組合式混合陶瓷球軸承 的裝配，軸承軸向游隙的大小則由選配的隔套長(zhǎng)度決定，渦輪增壓器軸向移動(dòng)量為混合軸承 的軸向游隙。改變轉(zhuǎn)子軸上兩個(gè)內(nèi)滾道相對(duì)距離以及相應(yīng)改變隔套長(zhǎng)度，可改變兩排陶瓷球 的距離，即改變了組合式混合陶瓷球軸承的支承跨距，可以調(diào)節(jié)軸承剛度，從而適當(dāng)調(diào)整渦 輪增壓器軸承一轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，使渦輪增壓器避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速穩(wěn)定工作。同時(shí)，較大的支承跨距設(shè)計(jì)，可以減少軸系零件，如取消密封套，簡(jiǎn)化增壓器軸承一轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；改變轉(zhuǎn) 子軸直徑的大小也可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子軸的剛度，從而調(diào)節(jié)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，但調(diào)節(jié)范圍有 限，因?yàn)樵诒ＷC轉(zhuǎn)子軸抗彎、抗拉強(qiáng)度的前提下，采用較小的直徑是實(shí)現(xiàn)增壓器小型化、結(jié) 構(gòu)優(yōu)化的基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承的外圈可采用陶瓷或金屬材料，陶瓷材料可選擇為氮化硅、碳化 硅、氧化鋁或氧化鋯。
與現(xiàn)有技術(shù)即混合陶瓷球軸承渦輪增壓器相比，本發(fā)明的有益效果是
1. 無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，將轉(zhuǎn)子軸、陶瓷球、保持架、軸承外圈、隔套裝 配成一體，既實(shí)現(xiàn)了原來(lái)混合陶瓷球軸承的全部功能，又減小了軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)直徑，提 高了軸承極限轉(zhuǎn)速，從而提高了渦輪增壓器軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性。
2. 容易通過(guò)改變轉(zhuǎn)子軸上兩個(gè)內(nèi)滾道相對(duì)距離以及相應(yīng)改變隔套長(zhǎng)度，可改變兩排陶瓷 球的距離，即改變組合式混合陶瓷球軸承的支承跨距，調(diào)節(jié)混合軸承剛度，從而適當(dāng)調(diào)整渦 輪增壓器軸承一轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，使渦輪增壓器避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速穩(wěn)定工作。
3. 無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器取消了軸承內(nèi)圈，簡(jiǎn)化了軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減 小了軸承旋轉(zhuǎn)直徑，減輕了軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)重量；減小了軸承外圈、軸承體直徑，進(jìn)而減小了 渦輪增壓器重量；還可以取消密封套，進(jìn)一步簡(jiǎn)化軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軸向結(jié)構(gòu)，縮短增壓器軸向 長(zhǎng)度，進(jìn)一步減小增壓器外形尺寸、減輕重量。
4. 無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了軸承零件的加工 難度，簡(jiǎn)化了混合陶瓷球軸承與渦輪轉(zhuǎn)子的裝配，能夠更好的保證球軸承渦輪增壓器的制造 質(zhì)量。
本發(fā)明適用于各種用途的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括車(chē)輛、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶、電站、 航空等用途的柴油機(jī)與汽油機(jī)。隨著環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源法規(guī)日益嚴(yán)格，車(chē)用渦輪增壓器向 小型輕量化，高強(qiáng)化(高效率、高壓比、超高速)及電控集成化方向發(fā)展，本發(fā)明尤其適應(yīng) 于軍民用途的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)以及對(duì)體積、重量要求嚴(yán)格的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。


圖1為本發(fā)明無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器無(wú)密封套結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本發(fā)明無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器含密封套結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3為本發(fā)明的隔套結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖3中所示隔套A-A線剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
結(jié)合圖1至圖4所示，本發(fā)明所述的渦輪增壓器混合陶瓷球軸承，包括壓氣機(jī)殼9、渦輪殼ll、壓氣機(jī)背盤(pán)16、軸承體12、定位銷5、渦輪轉(zhuǎn)子l、混合軸承；混合軸承包括混合軸承外圈、渦輪轉(zhuǎn)子軸13、混合軸承陶瓷球2、混合軸承保持架6。
所述的混合軸承外圈安裝于渦輪增壓器軸承體12內(nèi)孔中，包括左外圈7和右外圈3,左外圈7和右外圈3分別設(shè)置有一個(gè)外滾道；所述的渦輪轉(zhuǎn)子軸13并列設(shè)置有兩個(gè)內(nèi)滾道；渦輪轉(zhuǎn)子軸13兩個(gè)內(nèi)滾道分別與左外圈7和右外圈3的外滾道面對(duì)面，各自的凹面朝著對(duì)方；內(nèi)滾道和外滾道之間設(shè)置有混合軸承陶瓷球2，所述陶瓷球2由內(nèi)、外滾道與混合軸承保持架6定位。
所述的混合軸承還包括位于左外圈7和右外圈3之間的隔套4，所述隔套4分為上、下兩部分，隔套4的上半部分設(shè)有一個(gè)銷釘定位孔14，定位銷5裝設(shè)于銷釘定位孔14內(nèi)用以固定隔套4;隔套4的下半部分設(shè)有一個(gè)潤(rùn)滑油出油孔15，使?jié)櫥土鞒龌旌咸沾汕蜉S承。
所述左外圈7和右外圈3上部分別開(kāi)設(shè)有與軸線成75度角的進(jìn)油孔。左外圈7和右外圈3由隔套4定位，隔套4由定位銷5固定。定位銷5帶有分別與左外圈7和右外圈3的進(jìn)油孔相連通的兩個(gè)油孔。潤(rùn)滑油由軸承體12的潤(rùn)滑油進(jìn)口進(jìn)入定位銷5的內(nèi)孔，分別經(jīng)由左外圈7和右外圈3上部的進(jìn)油孔進(jìn)入轉(zhuǎn)子軸13上的斜面，濺射到陶瓷球2上，對(duì)摩擦副進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻。
渦輪增壓器還包括密封套8，用于安裝壓氣機(jī)端密封環(huán)，為調(diào)整混合軸承支撐跨距，可以取消密封套8，相應(yīng)的密封環(huán)安裝環(huán)槽設(shè)置在壓氣機(jī)背盤(pán)16與轉(zhuǎn)子軸13上。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)本發(fā)明的上述實(shí)施例所做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)或變更都不會(huì)超出僅以舉例的方式示出的本發(fā)明的實(shí)施例和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，包括壓氣機(jī)殼(9)、壓氣機(jī)背盤(pán)(16)、渦輪殼(11)、軸承體(12)、渦輪轉(zhuǎn)子(1)、混合軸承；混合軸承包括混合軸承外圈、渦輪轉(zhuǎn)子軸(13)、混合軸承陶瓷球(2)、混合軸承保持架(6)，其特征在于所述的混合軸承外圈安裝于渦輪增壓器軸承體(12)內(nèi)孔中，包括左外圈(7)和右外圈(3)，左外圈(7)和右外圈(3)分別設(shè)置有一個(gè)外滾道；所述的渦輪轉(zhuǎn)子軸(13)并列設(shè)置有兩個(gè)內(nèi)滾道；所述的渦輪轉(zhuǎn)子軸(13)的兩個(gè)內(nèi)滾道分別與左外圈(7)和右外圈(3)的外滾道面對(duì)面、各自的凹面朝著對(duì)方；內(nèi)滾道和外滾道之間設(shè)置有混合軸承陶瓷球(2)，所述陶瓷球(2)由內(nèi)滾道、外滾道和混合軸承保持架(6)定位；所述的混合軸承還包括位于左外圈(7)和右外圈(3)之間的隔套(4)，所述隔套(4)通過(guò)定位銷(5)固定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于所述隔套(4) 由上、下兩部分組成，隔套(4)的上半部分設(shè)有一個(gè)用于裝設(shè)定位銷(5)的銷釘定位孔(14)， 下半部分設(shè)有一個(gè)潤(rùn)滑油出油孔(15)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于:所述左 外圈(7)和右外圈(3)上部分別開(kāi)設(shè)有與軸線成銳角的進(jìn)油孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于所述定位銷 (5)設(shè)有分別連通于左外圈(7)進(jìn)油孔和右外圈(3)進(jìn)油孔的兩個(gè)油孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于所述渦輪增 壓器設(shè)有用于安裝壓氣機(jī)端密封環(huán)的密封套(8)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于所述渦 輪增壓器設(shè)有用于安裝壓氣機(jī)端密封環(huán)的密封套(8)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于所述的 渦輪增壓器軸向移動(dòng)量為混合軸承的軸向游隙。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承外圈采用金屬或陶瓷材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)內(nèi)圈混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，其特征在于所述的混合軸承陶瓷球所用陶瓷材料為氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)內(nèi)圈的混合陶瓷球軸承渦輪增壓器，包括壓氣機(jī)殼、壓氣機(jī)背盤(pán)、渦輪殼、軸承體、渦輪轉(zhuǎn)子、混合軸承；混合軸承包括安裝于渦輪增壓器軸承體內(nèi)孔中的外圈、渦輪轉(zhuǎn)子軸、混合軸承陶瓷球、保持架?；旌陷S承外圈包括設(shè)置有外滾道的左外圈和右外圈，渦輪轉(zhuǎn)子軸并列設(shè)置有與外滾道相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)內(nèi)滾道，內(nèi)滾道和外滾道之間設(shè)置混合軸承陶瓷球，陶瓷球由保持架定位，在左外圈和右外圈之間設(shè)置有隔套。兩個(gè)外圈、兩個(gè)保持架、兩排陶瓷球、兩片組合式隔套與渦輪轉(zhuǎn)子軸組成一個(gè)角接觸、背靠背、大跨度的組合式混合陶瓷球軸承。本發(fā)明適用于各種用途的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括車(chē)輛、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶、電站、航空等用途的柴油機(jī)與汽油機(jī)。
文檔編號(hào)F02B39/00GK101644185SQ20091009229
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者若 黃 申請(qǐng)人:若 黃