流體膜錐形或半球形浮動式環(huán)軸承的制作方法
【專利說明】流體膜錐形或半球形浮動式環(huán)軸承
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2012年12月27日提交的并且題為“流體膜錐形或半球形浮動式環(huán)軸承(Fluid Film Conical Or Hemispherical Floating Ring Bearings) ”的美國臨時申請?zhí)?1/746，144的優(yōu)先權(quán)及所有權(quán)益。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種具有改善的軸軸承的渦輪增壓器并且更具體地涉及一種在渦輪增壓器中的改善的浮動式環(huán)軸承，該軸承具有錐形或半球形形狀。
[0004]發(fā)明背景
[0005]在發(fā)動機(jī)上提供渦輪增壓器以便將空氣以與在正常吸氣構(gòu)型中的可能情況相比更大的密度傳送到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣中。這允許燃燒更多的燃料，進(jìn)而增加了發(fā)動機(jī)的馬力而沒有明顯地增加發(fā)動機(jī)的重量。
[0006]通常，渦輪增壓器使用來自發(fā)動機(jī)排氣歧管的排氣流，該排氣流在渦輪機(jī)入口處進(jìn)入渦輪機(jī)殼體，以便由此驅(qū)動位于該渦輪機(jī)殼體內(nèi)一個渦輪機(jī)葉輪。該渦輪機(jī)葉輪提供旋轉(zhuǎn)動力以驅(qū)動該渦輪增壓器的壓縮機(jī)葉輪。這些壓縮空氣隨后被提供到如以上提及的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣。
[0007]更詳細(xì)地參照在圖1中以截面視圖示出的代表性渦輪增壓器10，該渦輪增壓器10包括:一個禍輪機(jī)殼體或外罩12，該禍輪機(jī)殼體或外罩具有一個在其內(nèi)沿圓周方向延伸的一個蝸殼14 ；一個壓縮機(jī)殼體16和一個壓縮機(jī)蝸殼17 ;以及一個禍輪機(jī)葉輪18和一個壓縮機(jī)葉輪19，該渦輪機(jī)葉輪和壓縮機(jī)葉輪通過一個軸21而可轉(zhuǎn)動地連接在一起。軸21由一個軸承系統(tǒng)22支撐，該軸承系統(tǒng)被支撐在一個中央軸承殼體23內(nèi)，該中央軸承殼體被布置在渦輪機(jī)殼體12與壓縮機(jī)殼體16之間。軸承殼體23限定了一個軸承室24，該軸承室在壓縮機(jī)殼體16與渦輪機(jī)殼體12之間軸向地延伸以便允許軸21在其之間軸向地延伸，這樣使得在渦輪增壓器10的運行過程中，渦輪機(jī)葉輪18的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動壓縮機(jī)葉輪19的旋轉(zhuǎn)。
[0008]在所展示的渦輪增壓器10中，軸承系統(tǒng)22典型地包括位于軸承室24內(nèi)的一個軸頸軸承25以便為該旋轉(zhuǎn)軸21提供徑向支撐。出于參考目的，Z方向沿著軸21的中央軸線軸向地延伸，而X方向和Y方向從此向外徑向地延伸。沿著Z方向觀察到軸21和渦輪增壓器10的端視圖，而側(cè)視圖是在X方向上獲取的。這些方向是出于參考和觀察的目的并且不旨在進(jìn)行限制。
[0009]圖2和圖3展示出了當(dāng)前在商業(yè)上使用的已知軸承構(gòu)型的一個實例。在這個構(gòu)型中，提供了多個軸向間隔開的浮動式環(huán)軸承30，這些軸承被可滑動地接納在軸承室24內(nèi)并且環(huán)繞軸21。更具體而言，每個浮動式環(huán)軸承30被徑向地定位在軸承殼體23的一個徑向面朝內(nèi)的室表面31與軸21的一個徑向面朝外的軸表面32之間。這些浮動式環(huán)軸承30是沿著Z方向被一個圓柱形軸承間隔件33彼此軸向地分開的，其中每個浮動式環(huán)軸承30在軸旋轉(zhuǎn)過程中能夠小程度地徑向浮動或移動。浮動式環(huán)軸承30起作用來徑向地支撐該軸21并且防止響應(yīng)于軸21上的徑向負(fù)載而發(fā)生軸21與軸承殼體23之間的徑向接觸。
[0010]為了支撐沿著Z方向的軸向軸負(fù)載，軸承系統(tǒng)22還包括一個環(huán)形推力軸承35，該環(huán)形推力軸承具有面向相反的軸向方向的多個相反端面36。在一側(cè)上，一個端面36軸向地面向軸承殼體23的對置面以及支撐在軸21上的止推墊圈37。相反的端面36面向被支撐在軸承殼體23上的一個環(huán)形插入件38。推力軸承35被軸向地固定在插入件38、止推墊圈37和軸承殼體23的對置面之間并且因此能夠容納軸向軸負(fù)載。
[0011]為了衰減由軸旋轉(zhuǎn)所引起的徑向和軸向移動，一種流體(例如油)被供應(yīng)給軸承室24，該油能夠圍繞這些浮動式環(huán)軸承30和該推力軸承35流動。該油經(jīng)一個入口通路39被供應(yīng)至軸承室24，該入口通路向?qū)⒂凸?yīng)至這些浮動式環(huán)軸承30的兩個油供送端口 40進(jìn)行供送、并且向?qū)⒂凸?yīng)至推力軸承35的一個額外油供送端口 41進(jìn)行供送。
[0012]關(guān)于浮動式環(huán)軸承30，油由此環(huán)繞軸承30的圓周外表面和圓周內(nèi)表面。在軸旋轉(zhuǎn)過程中，在軸承內(nèi)表面上形成流體內(nèi)膜，該流體內(nèi)膜限定了徑向地支撐軸21的一個軸頸軸承。這些軸承外表面還具有圍繞其形成的一個外流體膜，該外流體膜對浮動式環(huán)軸承30提供徑向支撐。這些外膜和內(nèi)膜形成在軸承外表面和內(nèi)表面與相應(yīng)的室表面31和軸表面32之間。關(guān)于推力軸承35，也在軸承表面36與插入件38和止推墊圈37的對置表面之間形成流體膜，以便支撐軸向軸負(fù)載。
[0013]盡管如上所述，但已知的軸承構(gòu)型依然可能存在缺點。
[0014]本發(fā)明涉及一種用于渦輪增壓器的改善的軸承，其中本發(fā)明的軸承優(yōu)選地是具有錐形或半球形形狀的、支撐徑向負(fù)載和軸向負(fù)載兩者的浮動式環(huán)軸承。這通過消除推力軸承及其在旋轉(zhuǎn)軸上的止推墊圈或?qū)Р墼跍p少零件數(shù)方面提供了明顯的優(yōu)點。此外，本發(fā)明的設(shè)計降低了功率損失、簡化了熱管理并且提供了增強(qiáng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一對錐形浮動式環(huán)軸承，這些軸承具有截頭錐形形狀以由此限定錐形的軸承內(nèi)表面和外表面，這些表面在內(nèi)側(cè)上與隨著該軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的對應(yīng)錐形軸頸協(xié)作并且在外側(cè)上與靜止的軸承殼體協(xié)作以便形成內(nèi)流體膜和外流體膜。在本發(fā)明的第二實施例中，提供了兩個半球形浮動式環(huán)軸承，這些軸承具有弧形的軸承內(nèi)表面和外表面，這些表面在內(nèi)側(cè)上與隨著該軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的對應(yīng)半球形軸頸協(xié)作并且在外側(cè)上與該靜止的軸承殼體協(xié)作以便像錐形環(huán)軸承一樣也形成內(nèi)流體膜和外流體膜。
[0016]在這兩個實施例中內(nèi)流體膜和外流體膜在軸向和徑向兩個方向上提供支撐以便容納在軸旋轉(zhuǎn)過程中該軸所攜帶的軸向推力負(fù)載和徑向軸頸負(fù)載。通過將這些錐形或半球形軸承整合至這些浮動式環(huán)軸承中，這個改進(jìn)顯著地降低了軸承功率損失并且增強(qiáng)了總的軸承阻尼能力。例如，與推力軸承相關(guān)的不穩(wěn)定性可以通過在錐形或半球形浮動式環(huán)軸承中提供外膜而得到改善。這些經(jīng)改善的浮動式環(huán)軸承還能夠?qū)υ撦S承殼體實現(xiàn)更緊湊且簡單的設(shè)計，因為這些經(jīng)改善的設(shè)計消除了對用于推力軸承的油供送端口的需要。
[0017]在多個另外的實施例中，這些分開的錐形浮動式環(huán)軸承可以連接在一起作為一個單一的筒狀單元以便形成一個錐形半浮動式環(huán)軸承。提供了徑向地穿過該半浮動式環(huán)軸承的壁的一個或多個油供送通路以用于供應(yīng)在內(nèi)流體膜與外流體膜之間的油流動。這個結(jié)構(gòu)還可以用來形成半球形半浮動式環(huán)軸承。
[0018]如果希望的話，該半浮動式環(huán)軸承可以不可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸承殼體上，例如通過防轉(zhuǎn)夾，以便形成錐形或半球形半浮動式環(huán)軸承的另外一個實施例。在這個設(shè)計中，外油膜充當(dāng)一個擠壓膜阻尼器。
[0019]如將在此進(jìn)一步說明的，本發(fā)明的浮動式環(huán)軸承提供了優(yōu)于已知的軸承構(gòu)型的多個優(yōu)點。
[0020]本發(fā)明的其他目標(biāo)和目的以及其變體將通過閱讀以下說明書和查看附圖變得清
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[0021]附圖的簡要說明
[0022]圖1是代表性渦輪增壓器的截面視圖。
[0023]圖2是具有浮動式環(huán)軸承和推力軸承的渦輪增壓器的截面?zhèn)纫晥D。
[0024]圖3是圖2的放大截面?zhèn)纫晥D。
[0025]圖4是具有本發(fā)明第一實施例中的錐形浮動式環(huán)軸承的渦輪增壓器的截面?zhèn)纫晥D。
[0026]圖5是圖4的放大截面?zhèn)纫晥D。
[0027]圖6是本發(fā)明的第二實施例中的半球形浮動式環(huán)軸承的一個截面?zhèn)纫晥D。
[0028]圖7是第三實施例的截面?zhèn)纫晥D，示出了根據(jù)本發(fā)明的錐形半浮動式環(huán)軸承。
[0029]圖8是圖7的放大截面?zhèn)纫晥D。
[0030]圖9是第三實施例的側(cè)視圖，示出了被保持在鎖定的不旋轉(zhuǎn)條件下的錐形半浮動式環(huán)軸承。
[0031]圖10是第四實施例的截面?zhèn)纫晥D，示出了半球形半浮動式環(huán)軸承。
[0032]圖11是第四實施例的側(cè)視圖，示出了被保持在鎖定的不旋轉(zhuǎn)條件下的半球形半浮動式環(huán)軸承。
[0033]圖12是第五實施例的截面?zhèn)纫晥D，示出了具有多個油供送通路的一個錐形半浮動式環(huán)軸承。
[0034]圖13是第五實施例的側(cè)視圖，示出了該錐形半浮動式環(huán)軸承被保持在鎖定的不旋轉(zhuǎn)條件下。
[0035]圖14是第六實施例的截面?zhèn)纫晥D，示出了具有多個油供送通路的一個半球形半浮動式環(huán)軸承。
[0036]圖15是第六實施例的一個截面?zhèn)纫晥D，示出了該半球形半浮動式環(huán)軸承被保持在鎖定的不旋轉(zhuǎn)條件下。
[0037]圖16是位于與殼體供送端口相鄰的第一軸向位置處的一個浮動式環(huán)軸承的端視圖。
[0038]圖17是圖16的浮動式環(huán)軸承在第二軸向位置處的截面端視圖，示出了該軸承