CN213235142U - 一种新型涡轮转子轴及涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型涡轮转子轴及涡轮增压器，包括轴杆与连接轴杆上的涡轮转子，轴杆上外套有浮动轴承，浮动轴承上开设有用于导流润滑油的注油孔，轴杆上设有润滑表面，润滑表面与浮动轴承的内表面间隙配合，润滑表面上设有多个并列平行设置的凹槽，凹槽与注油孔连通，轴杆相对于浮动轴承旋转时，润滑油填充凹槽以及润滑表面与浮动轴承内表面之间的间隙。通过在轴杆上的润滑表面设有多个并列品行设置的凹槽，能增强涡轮转子轴与浮动轴承摩擦副表面的流体动压效应，有效降低涡轮转子轴与浮动轴承的摩擦副的摩擦损失，有效提高涡轮转子轴能量传递效率以及涡轮增压器的机械效率。

Description

一种新型涡轮转子轴及涡轮增压器

技术领域

本实用新型涉及涡轮增压器领域，特别是涉及一种新型涡轮转子轴及涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压是一种将发动机废气中的残余能量转化为提高发动机有效功率的技术。该技术不仅可以显著提高发动机的动力性，降低发动机的燃油耗，还可有效减少发动机排放废气中的有害成分，具有节能、环保功效。同时该项技术也是高原地区发动机功率恢复的重要手段，使发动机能适应不同海拔高度的运行要求。所以，涡轮增压器技术已经成为发动机的发展趋势。

提高涡轮增压器的机械效率能显著改善汽车加速性、瞬态响应特性及有效降低汽车有害尾气的排放。然而现有技术的涡轮增压器，特别是小型涡轮增压器的运行摩擦损失较大，其内部的摩擦损失甚至可达到以及超过涡轮发出功率的15％。在同样条件下，采用先进的减摩技术，增压器总效率可提高5％-7％，在涡轮尾气流量较小的情况下甚至可提高20％，此数据非常可观。涡轮增压器总效率提高后在发动机低速情况下，可提供较大空气流量与压比，从而大大改善发动机的运行特性。

现有技术中，涡轮增压器内的涡轮转子轴为光滑的金属轴，其安装装增压器轴承体内，涡轮转子轴在涡轮增压器工作时处于高速旋转状态，涡轮增压器的浮动轴承通过轴承体的润滑油入口进入到轴承体油腔内，最终到达浮动轴承上方润滑油入口处。通过润滑油将浮动轴承与涡轮转子轴隔离，形成一层薄的油膜，减少涡轮转子轴旋转的摩擦损失。然而，在涡轮增压器高速运转时，密封环与密封套或涡轮转子轴环槽间的摩擦损失较小，而涡轮转子轴与浮动轴承摩擦副的摩擦损失较大，随着涡轮转子轴的长期使用会降低涡轮增压器的使用寿命，故优化和改善涡轮转子轴与浮动轴承摩擦副的润滑状况是减少涡轮增压器运行摩擦损失的有效途径，减少现有涡轮增压器运行的摩擦损失，可进一步提高涡轮增压器的增压效果与发动机的瞬态响应特性。

目前减少涡轮增压器的涡轮转子轴与浮动轴承摩擦副摩擦损失的主要方法是优化浮动轴承的设计，如中国专利CN102852976A中所公开的通过在浮动轴承内孔设置一定的收敛油楔，从而改善润滑效果来减少摩擦损失，但此方法的弊端是：浮动轴承内孔局部油楔机加工艺复杂，成本较高。

由于涡轮增压器的涡轮转子轴与浮动轴承的支撑表面构成一个摩擦副，其摩擦损失分别与两者表面状态紧密相关。

因此，发明人提供了一种新型涡轮转子轴及涡轮增压器。

实用新型内容

(1)要解决的技术问题

本实用新型实施例提供了二种新型涡轮转子轴，通过在轴杆上的润滑表面设有多个并列品行设置的凹槽，且凹槽与浮动轴承上的注油孔连通，使得轴杆相对于浮动轴承旋转时，润滑油填充凹槽以及润滑表面与浮动轴承内表面之间的间隙，能增强涡轮转子轴与浮动轴承摩擦副表面的流体动压效应，有效降低涡轮转子轴与浮动轴承的摩擦副的摩擦损失，有效提高涡轮转子轴能量传递效率以及涡轮增压器的机械效率。

(2)技术方案

第一方面，本实用新型的实施例提出了一种涡轮转子轴，该涡轮转子轴包括轴杆与连接所述轴杆上的涡轮转子，所述轴杆上外套有浮动轴承，所述浮动轴承上开设有用于导流润滑油的注油孔，所述轴杆上设有润滑表面，所述润滑表面与所述浮动轴承的内表面间隙配合，所述润滑表面上设有多个并列平行设置的凹槽，所述凹槽与所述注油孔连通，所述轴杆相对于所述浮动轴承旋转时，所述润滑油填充所述凹槽以及所述润滑表面与所述浮动轴承内表面之间的间隙。

进一步地，所述润滑表面包括第一润滑表面与第二润滑表面，所述浮动轴承包括第一浮动轴承和第二浮动轴承，所述第一浮动轴承的内表面与所述第一润滑表面间隙配合，所述第二浮动轴承与所述第二润滑表面间隙配合，且所述第一浮动轴承的内表面覆盖所述第一润滑表面以及所述第二浮动轴承的内表面覆盖所述第二润滑表面。

进一步地，所述第一润滑表面与所述第二润滑表面间隔设置，且所述第二润滑表面位于所述第一润滑表面与所述涡轮转子之间。

进一步地，所述轴杆上还设有用连接所述第一润滑表面与所述第二润滑表面的连接表面，且所述连接表面的外部套设有用于间隔所述第一浮动轴承和所述第二浮动轴承的限位套。

进一步地，所述轴杆上远离所述涡轮转子的一端设有外螺纹。

进一步地，所述凹槽的深度为3μm≤hp≤30μm，宽度为30μ m≤d≤150μm。

进一步地，所述第一润滑表面与所述第二润滑表面的面积以及面积密度相同，且该面积密度即所述凹槽在所述润滑表面形成的下凹面积占所述润滑表面的比值为sp＝15％-35％。

进一步地，所述凹槽在所述润滑表面的切线与所述轴杆的轴线的夹角为30°≤α≤150°。

进一步地，所述凹槽为连续的螺旋线型或断续线型。

第二方面，提供了一种采用第一方面的涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮转子轴。

大量的理论和试验研究表明，摩擦副表面并非是越光滑越好，具有一定微观几何形貌的摩擦副表面不仅有利于储存润滑油，而且更易在摩擦副表面间形成润滑油膜，从而使摩擦副表面不存在硬性固相接触，以达到减小摩擦磨损的目的。摩擦副表面的微观几何形貌对其摩擦学性能有重要影响，表面织构技术可以改变表面的几何形貌，达到改善其接触方式和润滑状态的目的，进而提高摩擦副表面的摩擦磨损性能，研究表明在载荷较低、相对速度较大的工况下，优化设计微凹槽的润滑减摩效果显著，织构面的平均摩擦系数最大可比光滑表明减小64％。

(3)有益效果

综上，本实用新型通过在轴杆上的润滑表面设有多个并列平行设置的凹槽，且凹槽与浮动轴承上的注油孔连通，使得轴杆相对于浮动轴承旋转时，润滑油填充凹槽以及润滑表面与浮动轴承内表面之间的间隙，能增强摩擦副表面的流体动压效应，可以显著提高油膜承载能力，减小涡轮转子轴的摆动，有效隔离摩擦副表面，降低涡轮转子轴与浮动轴承间的摩擦损失，提高涡轮增压器的机械效率、瞬态响应特性、可靠性和使用寿命，减少涡轮迟滞现象。

同时，在涡轮转子轴刚启动或刚停止运动时等润滑不良工况下，存储在凹槽中的润滑油在摩擦力的驱动下溢出，补充摩擦副表面所需的润滑液，从而形成对其周围表面的有效润滑，储存在凹槽中的润滑油由于涡轮转子轴的径向摆动而被挤出，形成挤压油膜，增大油膜刚度，有效避免高速运转时发生干摩擦现象，降低对涡轮转子轴的磨损。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的涡轮转子轴的结构示意图。

图2是本实用新型的涡轮转子轴的另一结构示意图。

图3是图2中A的放大图。

图4是图2中B-B的剖面图。

图中：

6-浮动轴承；7-限位套；31-轴杆；32-涡轮转子；33-第一润滑表面；34-第二润滑表面；35-凹槽；36-连接表面；61-注油孔；62-第一浮动轴承；63-第二浮动轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本实用新型的原理，但不能用来限制本实用新型的范围，即本实用新型不限于所描述的实施例，在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本实用新型实施例的一种涡轮转子轴的结构示意图，如图 1所示，该涡轮转子轴包括轴杆31与连接轴杆31上的涡轮转子32，轴杆31上外套有浮动轴承6，浮动轴承6上开设有用于导流润滑油的注油孔61，轴杆31上设有润滑表面，润滑表面与浮动轴承6的内表面间隙配合，润滑表面上设有多个并列平行设置的凹槽35，凹槽 35与注油孔61连通，轴杆31相对于浮动轴承6旋转时，润滑油填充凹槽35以及润滑表面与浮动轴承6内表面之间的间隙。

本实用新型通过在轴杆上的润滑表面设有多个并列品行设置的凹槽，且凹槽与浮动轴承上的注油孔连通，使得轴杆相对于浮动轴承旋转时，润滑油填充凹槽以及润滑表面与浮动轴承内表面之间的间隙，能增强摩擦副表面的流体动压效应，可以显著提高油膜承载能力，减小涡轮转子轴的摆动，有效隔离摩擦副表面，降低涡轮转子轴与浮动轴承间的摩擦损失，提高涡轮转轴的能量传递效率、瞬态响应特性、可靠性和使用寿命，减少涡轮转轴迟滞现象。

作为一种优选实施方式，图2是本实用新型实施例的一种涡轮转子轴另一结构示意图，如图1和图2所示，润滑表面包括第一润滑表面33与第二润滑表面34，浮动轴承6包括第一浮动轴承62和第二浮动轴承63，第一浮动轴承62的内表面与第一润滑表面33间隙配合，第二浮动轴承63与第二润滑表面34间隙配合，且第一浮动轴承 62的内表面覆盖第一润滑表面33以及第二浮动轴承63的内表面覆盖第二润滑表面34，轴杆31上远离涡轮转子32的一端设有外螺纹，用于与外设的锁紧螺母连接。通过将第一浮动轴承的内表面与第二浮动轴承的内表面分别覆盖第一润滑表面与第二润滑表面，即覆盖凹槽，使得凹槽中的润滑油在摩擦力的驱动下溢出，补充摩擦副表面所需的润滑液，形成对润滑表面以及浮动轴承内表面的充分润滑，储存在凹槽中的润滑油由于涡轮转子轴的径向转动而被挤出形成挤压油膜，增大油膜刚度，有效避免高速运转时浮动轴承与涡轮转轴发生干摩擦现象，降低对涡轮转轴的磨损。

作为另一种优选实施方式，如图3和图4所示，该凹槽35的深度为3μm≤hp≤30μm，宽度为30μm≤d≤150μm，凹槽35为连续的螺旋线型或断续线型。

作为其他可选实施方式。

优选地，如图2所示，第一润滑表面33与第二润滑表面34间隔设置，且第二润滑表面34位于第一润滑表面33与涡轮转子32之间。

优选地，如图1和图2所示，轴杆31上还设有用连接第一润滑表面33与第二润滑表面34的连接表面36，且连接表面36的外部套设有用于间隔第一浮动轴承62和第二浮动轴承63的限位套7。

优选地，如图2第一润滑表面33与第二润滑表面34的面积以及面积密度相同，且该面积密度即凹槽35在润滑表面形成的下凹面积占润滑表面的比值为sp＝15％-35％。

优选地，如图3所示，凹槽35在润滑表面的切线n与轴杆31的轴线m的夹角为30°≤α≤150°，该切线n为该凹槽35沿其长度方向与轴杆31的径向方向垂直所形成的直线。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本实用新型并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本实用新型的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种涡轮转子轴，其特征在于，包括轴杆(31)与连接所述轴杆(31)上的涡轮转子(32)，所述轴杆(31)上外套有浮动轴承(6)，所述浮动轴承(6)上开设有用于导流润滑油的注油孔(61)，所述轴杆(31)上设有润滑表面，所述润滑表面与所述浮动轴承(6)的内表面间隙配合，所述润滑表面上设有多个并列平行设置的凹槽(35)，所述凹槽(35)与所述注油孔(61)连通，所述轴杆(31)相对于所述浮动轴承(6)旋转时，所述润滑油填充所述凹槽(35)以及所述润滑表面与所述浮动轴承(6)内表面之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述润滑表面包括第一润滑表面(33)与第二润滑表面(34)，所述浮动轴承(6)包括第一浮动轴承(62)和第二浮动轴承(63)，所述第一浮动轴承(62)的内表面与所述第一润滑表面(33)间隙配合，所述第二浮动轴承(63)与所述第二润滑表面(34)间隙配合，且所述第一浮动轴承(62)的内表面覆盖所述第一润滑表面(33)以及所述第二浮动轴承(63)的内表面覆盖所述第二润滑表面(34)。

3.根据权利要求2所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述第一润滑表面(33)与所述第二润滑表面(34)间隔设置，且所述第二润滑表面(34)位于所述第一润滑表面(33)与所述涡轮转子(32)之间。

4.根据权利要求2所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述轴杆(31)上还设有用连接所述第一润滑表面(33)与所述第二润滑表面(34)的连接表面(36)，且所述连接表面(36)的外部套设有用于间隔所述第一浮动轴承(62)和所述第二浮动轴承(63)的限位套(7)。

5.根据权利要求1所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述轴杆(31)上远离所述涡轮转子(32)的一端设有外螺纹。

6.根据权利要求1所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述凹槽(35)的深度为3μm≤hp≤30μm，宽度为30μm≤d≤150μm。

7.根据权利要求2所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述第一润滑表面(33)与所述第二润滑表面(34)的面积以及面积密度相同，且该面积密度即所述凹槽(35)在所述润滑表面形成的下凹面积占所述润滑表面的比值为sp＝15％-35％。

8.根据权利要求7所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述凹槽(35)在所述润滑表面的切线与所述轴杆(31)的轴线的夹角为30°≤α≤150°。

9.根据权利要求1所述的涡轮转子轴，其特征在于，所述凹槽(35)为连续的螺旋线型或断续线型。

10.一种涡轮增压器，包括权利要求1-9任一项所述的涡轮转子轴。

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