專利名稱：整體滾珠軸承渦輪增壓器轉(zhuǎn)子組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及渦輪增壓器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于在渦輪增壓器內(nèi)支撐一轉(zhuǎn)動軸的軸承轉(zhuǎn)子組件。
在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間延伸的共用軸穿過渦輪增壓器中心殼體設(shè)置，該殼體包括一軸承組件，該軸承組件用于(1)為軸的轉(zhuǎn)動提供方便；(2)控制沿軸向的軸推力作用和沿徑向的軸的振動；和(3)向轉(zhuǎn)動軸提供必需的潤滑以降低磨擦作用和相應(yīng)的磨損。已知的在渦輪增壓器中使用的共用軸的轉(zhuǎn)動速度在60,000至80,000轉(zhuǎn)/分鐘的數(shù)量級。在這樣的運(yùn)行條件下，不可避免的是，軸承組件必須向軸提供足夠的潤滑，以使在這樣的高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行所出現(xiàn)的極度的磨擦作用降低至最小，因而延長軸的使用壽命。
本領(lǐng)域中已知的用于渦輪增壓器軸的軸承作用包括滾柱軸承和滾珠軸承，以容納高速的軸轉(zhuǎn)動。然而，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)僅采用這樣的滾珠軸承或滾柱軸承的軸承組件對于在車輛應(yīng)用中的渦輪增壓器不能提供所需要的使用壽命。其它的用于渦輪增壓器應(yīng)用中的軸承組件利用襯套軸承是本領(lǐng)域已知的。但是已知發(fā)現(xiàn)襯套軸承在這種應(yīng)用效果不能令人滿意，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)計(jì)中沒有考慮到軸的實(shí)際不平衡度，因此其運(yùn)行不能減少由這樣的不平衡度所導(dǎo)致的共振，而這樣的不平衡是轉(zhuǎn)動的渦輪增壓器軸的一個(gè)特征。進(jìn)而已知這樣的襯套軸承不能容納高速轉(zhuǎn)動下的軸的不平衡還表現(xiàn)在它會導(dǎo)致油膜破損，以及引起金屬與金屬之間的接觸，而且還降低了軸的使用壽命。
在致力于克服現(xiàn)有技術(shù)的軸承系統(tǒng)的缺點(diǎn)的努力中，采用過將軸承組件構(gòu)造成自由浮動的軸襯的形式，定位于轉(zhuǎn)動軸和一固定的殼體腔室之間，該腔室包括一滾柱或滾珠軸承系統(tǒng)。滾柱或滾珠軸承系統(tǒng)與自由浮動軸襯的結(jié)合使用既能向軸提供所需程度的潤滑又能吸收在高速轉(zhuǎn)動過程中由軸引起的振動。這樣的軸承系統(tǒng)還使用了推力軸承表面，以用來控制轉(zhuǎn)動過程中的軸的軸向位移。
例如，美國專利4641977公開了一種軸承系統(tǒng)，該軸承系統(tǒng)包括一抗磨擦的旋轉(zhuǎn)軸承，它與一全浮動襯套共同作用，以支撐轉(zhuǎn)動的渦輪增壓器軸。更具體地，該軸承系統(tǒng)包括一具有一成整體的單件的細(xì)長圓柱形外軸承表面的外圈，該軸承表面在其與渦輪增壓器殼體的接觸面上在轉(zhuǎn)動情況下能夠形成一潤滑劑膜。外圈與全浮動襯套在其一端部共同作用，而在其另一端與滾子軸承合作。滾子軸承置于該外圈和一內(nèi)圈之間，而該內(nèi)圈繞軸直徑同心設(shè)置?？拷D(zhuǎn)軸承的外圈的一端具有向外凸出的表面，該表面形成推力軸承的固定件。軸在組件內(nèi)在滾子軸承和全浮動襯套之間轉(zhuǎn)動。
已知以上討論的軸承系統(tǒng)滿足在渦輪增壓器軸應(yīng)用中的嚴(yán)格的潤滑和減振要求，但其設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)不能使其達(dá)到有效的生產(chǎn)和裝配。車輛的渦輪增壓器的生產(chǎn)是批量生產(chǎn)的，因此需要渦輪增壓器部件的構(gòu)造方式應(yīng)該是與高效裝配和自動化處理過程相一致。
因此，希望的是，渦輪增壓器中使用的軸承組件以下述方式構(gòu)造(1)滿足在運(yùn)行條件下旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)軸的潤滑需求；(2)為運(yùn)行中振動的渦輪機(jī)軸提供必需的抑制作用；(3)提供推力表面，以控制旋轉(zhuǎn)過程中渦輪機(jī)軸的軸向移動；和(4)其構(gòu)造方法便于大批量生產(chǎn)。
雖然本發(fā)明的軸承組件可以用于任何類型的具有以高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的軸的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，該高轉(zhuǎn)速為60000至80000轉(zhuǎn)/分鐘，但它們還是特別適合應(yīng)用于與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)一起使用的渦輪增壓器內(nèi)。當(dāng)被用于渦輪增壓器內(nèi)時(shí)，該軸承組件繞一共用的轉(zhuǎn)動軸設(shè)置于渦輪增壓器軸殼體內(nèi)，該共用的轉(zhuǎn)動軸的一端與設(shè)置于渦輪增壓器渦輪機(jī)殼體內(nèi)的一渦輪機(jī)相連，而相對的一端連接到設(shè)置于渦輪增壓器壓縮機(jī)殼體內(nèi)的一壓縮機(jī)上。
從對本發(fā)明的詳細(xì)描述和附圖
中，可以更清楚地理解本發(fā)明的特征和詳細(xì)情況，附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的一渦輪增壓器軸承組件的橫斷面剖視圖。
從附圖的右手邊向左，軸承組件10包括一渦輪機(jī)側(cè)雙層膜轉(zhuǎn)動軸頸軸承20，該軸頸軸承同心地設(shè)置在腔室12內(nèi)并同心地圍繞一軸的外徑部22。轉(zhuǎn)動軸頸軸承可以用通常情況下用于這樣的應(yīng)用條件下的材料制成。轉(zhuǎn)動軸頸軸承20是環(huán)形環(huán)的形式，其設(shè)置在腔室12內(nèi)，與軸16的渦輪機(jī)側(cè)相鄰。軸頸軸承20包括向軸表面24，該表面向內(nèi)朝向軸呈錐形，其設(shè)計(jì)成使相鄰的軸頸軸承和軸表面之間的接觸面積最小，進(jìn)而使這些相鄰表面之間的不希望出現(xiàn)的磨擦和磨損影響最小。
軸頸軸承20還包括一個(gè)或多個(gè)潤滑通道26，該通道從腔室12至軸的外徑部22沿徑向穿過該軸頸。該軸頸軸承潤滑通道26定位在上方通過軸殼體14與一油通道28流體連通，以便于將潤滑油輸送到轉(zhuǎn)動的軸頸軸承和軸，更具體地說，輸送到相鄰的腔室和轉(zhuǎn)動的軸頸軸承表面之間，以及相鄰的轉(zhuǎn)動的軸頸軸承和軸的外徑部表面之間。轉(zhuǎn)動的軸頸軸承和腔室之間的潤滑是必需的，除了提供對軸的潤滑之外，還因?yàn)檩S頸軸承設(shè)計(jì)成在腔室內(nèi)轉(zhuǎn)動。
軸頸軸承20從腔室的渦輪機(jī)端向內(nèi)進(jìn)入腔室12的軸向定位由沿徑向向內(nèi)突入到腔室內(nèi)的脊?fàn)畈?0(環(huán)狀間隙)來限制。軸頸軸承的外部直徑的大小確定成便于其在腔室內(nèi)轉(zhuǎn)動，而其內(nèi)部直徑的大小確定成便于其內(nèi)的軸外徑部轉(zhuǎn)動。
一環(huán)狀擠壓油膜緩沖器32同心地設(shè)置在腔室12內(nèi)且大體為圓柱形的。緩沖器32從靠近鄰接脊?fàn)畈?0的軸頸軸承20定位的一端34沿軸向通過腔室12朝向腔室的壓縮機(jī)端延伸。緩沖器32包括一軸向延伸的壁部分36，該壁部分的外部直徑的大小確定成便于其在腔室12內(nèi)轉(zhuǎn)動，而其內(nèi)部直徑確定成大于軸頸軸承的內(nèi)部直徑，以有利于潤滑劑在緩沖器和軸外徑部22之間通過，進(jìn)而在軸轉(zhuǎn)動過程中在其間形成減振的潤滑劑薄膜。緩沖器可以用通常情況下用于這樣的應(yīng)用條件下的材料制成。
腔室12包括一擴(kuò)大的直徑部分38，該部分沿周向圍繞緩沖器壁36延伸。另一油通道29延伸通過軸殼體14至腔室12，用于將潤滑劑輸送到緩沖器壁的外表面。腔室的擴(kuò)大的直徑部分38和油通道29均設(shè)計(jì)成向緩沖器壁的外表面提供潤滑劑，以便降低緩沖器32在腔室12內(nèi)轉(zhuǎn)動期間的磨擦。
緩沖器32具有一向外翻轉(zhuǎn)的端部40，該端部40處在緩沖器壁36的與端34相對的并靠近腔室壓縮機(jī)端的一端上。緩沖器端40徑向向外突出形成一緩沖器法蘭。緩沖器向外翻轉(zhuǎn)的端部或法蘭40包括一軸向表面，該軸向表面設(shè)置成靠在一補(bǔ)充腔室的軸向表面42上，該表面42靠近壓縮機(jī)18，由徑向向外延伸的腔室壁形成。緩沖器法蘭40包括有多個(gè)潤滑劑通道44，通道44從腔室12從中穿過延伸至軸外徑部22，并且更具體地延伸至軸承部件，如下所述。潤滑劑從軸殼體14內(nèi)的油通道29流出，在腔室和緩沖器壁的外表面之間，通過潤滑劑通道44至轉(zhuǎn)動軸16和軸承部件。
一組合軸承部件外圈/推力軸承/緩沖器配準(zhǔn)裝置46沿腔室軸向表面42獨(dú)立于并靠近緩沖器法蘭40設(shè)置。組合外圈46可以由通常用于在這樣的應(yīng)用條件下形成軸承部件外圈的材料制成。組合外圈46的形狀一般是一具有一槽口48的圓環(huán)，槽口48沿一軸向表面周向設(shè)置，該軸向表面與腔室軸向表面42面對，以將緩沖器法蘭40容納在其內(nèi)。組合外圈46具有一大體為圓柱形的外直徑表面，并具有一有一凸肩50的內(nèi)直徑表面，該凸肩50成形為使其既能容納一與之抵靠的外部直徑軸承部件表面，又能防止軸承部件朝向腔室壓縮機(jī)端的軸向位移。組合外圈46的大小確定成其內(nèi)直徑大于緩沖器32的，以在軸和組合外圈之間容納多個(gè)軸承部件。
如上所述，多個(gè)軸承部件52置于組合外圈46的內(nèi)徑部和軸16之間。軸承部件52可以由本領(lǐng)域中已知的在這樣的應(yīng)用條件下通常使用的材料制成，并通過一單件的軸承部件保持架54共同布置，以形成一整體的軸承部件和保持架裝置。軸承部件52沿內(nèi)直徑表面由一凸肩56支撐，該凸肩56沿第一軸直徑減小部段58形成，該第一軸直徑減小部段58定位成使其與軸承部件52和組合外圈46均同心。組合外圈凸肩50和軸凸肩56共同作用將軸承部件52包含在其間，并在腔室內(nèi)控制軸承部件/軸的軸向位移。
組合外圈46沿軸向置于在一側(cè)的腔室軸向表面42和連接到軸殼體14上的壓縮機(jī)背板60之間。更具體地，組合外圈沿軸向限制在在一側(cè)的腔室軸向表面42和壓縮機(jī)背板60的一軸向表面62之間。組合外圈46在軸殼體內(nèi)是不可轉(zhuǎn)動的。一油密封環(huán)壓蓋64設(shè)置在壓縮機(jī)背板60和組合外圈46之間，并且也起到將組合外圈沿軸向限制在軸殼體和壓縮機(jī)背板之間的作用。油密封環(huán)壓蓋64繞一第二軸直徑減小部段66同心設(shè)置，并包括有一環(huán)形密封環(huán)68，其繞一壓蓋外徑部周向設(shè)置，置于相鄰的壓蓋壓縮機(jī)背板表面之間，以在其間形成一防泄漏密封。
本發(fā)明軸承組件的一個(gè)特征是組合外圈部件46和緩沖器32的兩件結(jié)構(gòu)提供了所需的承接來自軸承部件46和緩沖器32的推力載荷的功能，并為大量制造生產(chǎn)提供了方便。具體地說，組合外圈46設(shè)計(jì)成通過其沿凸肩50與軸承部件的接觸容納推力載荷并作為用于軸承部件52和軸16的一推力軸承，進(jìn)而防止在壓縮機(jī)方向上的軸的軸向位移。組合外圈46還設(shè)計(jì)成通過在槽口48內(nèi)與緩沖器法蘭40的配準(zhǔn)容納推力載荷，并作為緩沖器32的推力軸承，進(jìn)而防止緩沖器在壓縮機(jī)方向上的軸向位移。本發(fā)明軸承組件的另一特征是采用了成一體的軸承部件和保持架組件，并利用軸本身作為軸承部件內(nèi)環(huán)。具體地說，使用成一體的軸承部件和保持架組件為渦輪增壓器的裝配提供了方便，不必單獨(dú)地裝載每一個(gè)軸承部件例如軸承滾珠，而更合適地在一單獨(dú)的、節(jié)省時(shí)間的步驟中裝載軸承部件。另外，以一成整體的軸的凸肩構(gòu)成一軸承部件內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)避免了在渦輪增壓器裝配過程中在軸上裝入一單獨(dú)的內(nèi)環(huán)的需要，進(jìn)而也加速了生產(chǎn)制造過程。
在渦輪增壓器的運(yùn)行過程中，和軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中，本發(fā)明的成整體的滾珠軸承轉(zhuǎn)子組件以下述方式起作用。轉(zhuǎn)動的軸頸軸承20將潤滑油引向軸，并在轉(zhuǎn)動時(shí)在腔室12中在更小的范圍內(nèi)承受靠近渦輪機(jī)的軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。緩沖器32的功能是在腔室與緩沖器的外徑部之間提供一薄的潤滑油膜，以在腔室內(nèi)潤滑緩沖器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。緩沖器還將潤滑油從軸殼體引導(dǎo)至軸承部件52。組合外圈46承載由軸承部件施加的徑向載荷和來自軸的由軸承部件施加的軸向載荷和緩沖器施加的軸向載荷，以在軸殼體腔室內(nèi)控制軸和緩沖器的軸向運(yùn)動。
以上按照專利法規(guī)所要求的對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)對這里所公開的特定的實(shí)施例所作的改進(jìn)和替換。這樣的改進(jìn)是在下面的權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的宗旨和范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器，其包括一渦輪機(jī)殼體；一具有一連接到其上的壓縮機(jī)背板的壓縮機(jī)殼體；一置于所述渦輪機(jī)和壓縮機(jī)殼體之間的軸殼體；一延伸通過所述軸殼體的軸，該軸包括一在一端延伸入渦輪機(jī)殼體的渦輪機(jī)和一在一相對的軸端延伸入壓縮機(jī)殼體的壓縮機(jī)；一設(shè)置于一腔室內(nèi)延伸通過所述軸殼體的軸承組件，其包括一環(huán)形轉(zhuǎn)動軸頸軸承，其同心地繞所述軸并靠近所述渦輪機(jī)設(shè)置；一環(huán)形轉(zhuǎn)動擠壓膜緩沖器，其同心地繞所述軸并靠近所述轉(zhuǎn)動的軸頸軸承的一軸向端設(shè)置，該緩沖器在與轉(zhuǎn)動的軸頸軸承相對的一軸向端具有一沿徑向向外突伸的法蘭；一環(huán)形組合軸承部件外圈/推力軸承，其繞所述軸同心設(shè)置并沿軸向固定地置于所述緩沖器法蘭和壓縮機(jī)背板之間，所述緩沖器法蘭容納在所述組合軸承部件外圈/推力軸承的軸向表面的一周向槽口內(nèi)，該槽口形成了一用于所述緩沖器法蘭的推力軸承表面；和多個(gè)沿徑向置于所述軸和所述組合軸承部件外圈/推力軸承之間的軸承部件，所述組合軸承部件外圈/推力軸承具有一容納與之抵靠的所述軸承部件的外表面的一內(nèi)徑部，所述軸具有一容納與之抵靠的所述軸承部件的內(nèi)表面的外直徑部段；其中，所述組合軸承部件外圈/推力軸承既作為所述多個(gè)軸承部件的外圈也作為一承受由所述軸承部件和緩沖器施加的推力載荷的推力軸承，以控制軸和緩沖器在軸殼體內(nèi)的軸向位移。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述多個(gè)軸承部件包括一軸承部件保持件，該保持件形成一成整體的軸承部件組件。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動軸頸軸承和緩沖器每個(gè)都包括用于將潤滑油從軸殼體腔室輸送到所述軸的裝置。
全文摘要
一種用于支撐連接渦輪增壓器的渦輪機(jī)和壓縮機(jī)的軸的組合軸承，其包括一轉(zhuǎn)動軸頸軸承、一具有一配準(zhǔn)和保持法蘭的擠壓油膜緩沖器以及一滾珠軸承組件。該滾珠軸承組件具有一外圈，該外圈為緩沖器法蘭提供一推力凸肩和一配準(zhǔn)接收件。滾珠軸承部件由外圈保持，并接合于外圈上的推力凸肩和一在該軸上的相對的推力凸肩之間。
文檔編號F16C19/16GK1451078SQ00819329
公開日2003年10月22日 申請日期2000年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月13日
發(fā)明者G·F·湯普森, R·J·麥穆倫 申請人:聯(lián)合訊號公司