JPH03260330A - Rotor of turbocharger - Google Patents
Rotor of turbochargerInfo
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- JPH03260330A JPH03260330A JP5634090A JP5634090A JPH03260330A JP H03260330 A JPH03260330 A JP H03260330A JP 5634090 A JP5634090 A JP 5634090A JP 5634090 A JP5634090 A JP 5634090A JP H03260330 A JPH03260330 A JP H03260330A
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- turbine wheel
- shaft
- stress member
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、内燃機関に過給を行なうターボチャージャ用
のロータであって、特に別体のタービンホイールとシャ
フトとの結合によって製造するロータに関するものであ
る。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a rotor for a turbocharger that supercharges an internal combustion engine, and particularly relates to a rotor manufactured by combining a separate turbine wheel and a shaft. It is something.
ターボチャージャ用のロータにおいては、タービンホイ
ールとコンプレッサのインペラとをシャフトを介して一
体的に結合する必要があるが、タービンホイールは内燃
機関の排気ガスの高温に曝されるので、耐熱性、耐蝕性
を備える必要からファインセラミックス材(例えばSl
、〜4+ SI[> 、チタン材或いはチタン合金材(
例えばTi −6Aβ−4V)、耐熱鋼材(例えばFe
;N+ Cr Mo系)等が使用されるのに対し、コ
ンプレッサのインペラは耐熱性を必要とせず、軽量、成
形性、加工性、価格等の要求から、アルミニウムを主成
分とする軽合金が使用されるというように、全く性質の
異なったものであることから、全部を同材質とすること
ができないので、両者を結合するシャフトはタービンホ
イールと同じ材質か、あるいはそれに近いものを使用し
、タービンホイールとシャフトを一体に製造するか、あ
るいは別体に製造してもあとで熔接等の方法で一体化し
て、このシャフトの他端に軽合金部のコンプレッサイン
ペラを螺子等によって結合するのが一般的である。In the rotor for a turbocharger, the turbine wheel and the compressor impeller must be integrally connected via a shaft, but since the turbine wheel is exposed to the high temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine, it is necessary to have heat resistance and corrosion resistance. Fine ceramic materials (for example, Sl
, ~4+ SI[>, titanium material or titanium alloy material (
For example, Ti-6Aβ-4V), heat-resistant steel (for example, Fe
; N+ Cr Mo series) etc. are used, whereas compressor impellers do not require heat resistance and are made of light alloys whose main component is aluminum due to requirements such as light weight, formability, workability, and cost. Since they have completely different properties such as Generally, the wheel and shaft are manufactured as one piece, or even if they are manufactured separately, they are later integrated by a method such as welding, and a light alloy compressor impeller is connected to the other end of the shaft with screws, etc. It is true.
しかしながら、タービンホイールとシャフトを一体に、
勿論同材質で製造することは、チタンやチタン合金材、
耐熱合金材等を使用する場合、高価な材料を多量に使用
することでコストが上昇するし、材料の性質から成形、
加工に困難が伴い、一体の場合はそれが倍加されるので
、タービンロータのように高精度を要するものの製造に
は得策ではないこと、また、ファインセラミックス材は
耐熱性、耐蝕性に優れていて、比較的安価でもあるが、
シャフト部分までセラミックスで一体成形するのは、機
械的強度が小さいこと、焼成時の歪み、高精度の加工が
困難なこと、軸受の難かしさ等の面から問題があり、い
ずれにしてもタービンホイールとシャフトの一体成形、
加工には不利な点が多い。However, the turbine wheel and shaft are integrated,
Of course, manufacturing with the same material means titanium, titanium alloy materials,
When using heat-resistant alloy materials, the cost increases due to the use of large amounts of expensive materials, and due to the properties of the materials, molding,
It is difficult to process, which is doubled if it is made in one piece, so it is not a good idea to manufacture something that requires high precision, such as a turbine rotor.Furthermore, fine ceramic materials have excellent heat resistance and corrosion resistance. Although it is relatively cheap,
There are problems with integrally molding the shaft part with ceramics, such as low mechanical strength, distortion during firing, difficulty in high-precision machining, and difficult bearings. Integrally molded wheel and shaft,
There are many disadvantages to processing.
そこで、タービンホイールとシャフトを別体に成形して
あとで接合するとなると、タービンホイールに適した材
料とシャフトに適した材料とは同一ではないから、異種
材料、たとえばタービンホイールはファインセラミック
ス材でシャフトは耐熱鋼材というような場合は、直接に
熔接することができないから、一般に接合個所が弱点と
なって、ゆるみやガタが生じる心配があり、高速回転す
るターボチャージャ用としては、信頼性に問題がないと
は言えない。Therefore, if the turbine wheel and shaft are molded separately and then joined together later, the material suitable for the turbine wheel and the material suitable for the shaft are not the same. When heat-resistant steel is used, it cannot be directly welded, so there is a risk that the joint will become a weak point, causing loosening or play, and reliability problems may arise when used in high-speed turbochargers. I can't say no.
この問題に対処するものとして、本発明者は先に特開昭
62−168658号公報に記載された発明を公げにし
ている。この発明を示す第6図及び第7図において、1
はターボチャージャのロータ、2はチタン系材料からな
るシャフト、3はシャフト2の一端にナツト4によって
結合される軽合金の鋳物であるコンプレッサのインペラ
、5はファインセラミックス材からなるタービンホイー
ルで、その一側の有底円穴6には、シャフト2の他端に
設けられた大径部7、小径′B8、スリット9等を有す
る結合突810が挿入されると共に、タービンホイール
5の中心に開口する貫通孔11には有底円穴6において
シャフト2の端部とタービンホイール5とを結合する結
合金属12が溶融状態でタービンホイール5の他側まで
流れて頭部13を形成し、結合金属12が冷却固化した
後は収縮によって引張り残留応力(ブリテンション)が
発生し、タービンホイール5を両側から締め付けてシャ
フト2と強力に一体化させるものである。In order to deal with this problem, the present inventor previously disclosed an invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 168658/1983. In FIGS. 6 and 7 showing this invention, 1
is a rotor of a turbocharger, 2 is a shaft made of titanium-based material, 3 is a compressor impeller made of a light alloy casting that is connected to one end of the shaft 2 by a nut 4, and 5 is a turbine wheel made of fine ceramic material. A connecting protrusion 810 having a large diameter part 7, a small diameter 'B8, a slit 9, etc. provided at the other end of the shaft 2 is inserted into the bottomed circular hole 6 on one side, and an opening is opened in the center of the turbine wheel 5. In the through hole 11, the bonding metal 12 that connects the end of the shaft 2 and the turbine wheel 5 in the bottomed circular hole 6 flows in a molten state to the other side of the turbine wheel 5 to form the head 13, and the bonding metal After cooling and solidifying the turbine wheel 12, tensile residual stress (britension) is generated due to contraction, and the turbine wheel 5 is tightened from both sides to be strongly integrated with the shaft 2.
前記公開公報所載の従来技術は、ファインセラミックス
からなるタービンホイール5とチタン系材料からなるシ
ャフト2のように、直接に溶接等の接合方法によって一
体化することができないものを結合するために開発され
たものであるが、冷却・固化した結合金属12には引張
り残留応力(ブリテンション)が作用していて、軸方向
にタービンホイール5を締付けてゆるみを発生させない
ものの、回転方向においては、引張残留応力による軸方
向力に摩擦係数を掛けて得られる摩擦力が、タービンホ
イール5からシャフト2へ伝達されるトルクに対抗する
ことになるから、必ずしも回転方向の結合が強力且つ万
全であるとはいえない。The conventional technology described in the above-mentioned publication was developed to join items that cannot be directly integrated by a joining method such as welding, such as the turbine wheel 5 made of fine ceramics and the shaft 2 made of titanium-based material. However, tensile residual stress (britension) is acting on the cooled and solidified joint metal 12, and although the turbine wheel 5 is tightened in the axial direction to prevent loosening, tensile stress is applied in the rotational direction. Since the frictional force obtained by multiplying the axial force due to residual stress by the friction coefficient opposes the torque transmitted from the turbine wheel 5 to the shaft 2, it is not necessarily true that the coupling in the rotational direction is strong and perfect. I can't say that.
前記のトルクはターボチャージャの場合はさほど大きな
値ではないので、普通は問題になる程ではないが、ター
ボチャージャが異常な運転状態、たとえば回転速度の急
変や温度の急上昇などの過酷な状態に長く、あるいはし
ばしば置かれたり、回転方向の振動を受けるときは、タ
ービンホイール5とシャフト2の間に回転方向のずれが
生じることもあり得ると考えられる。The torque mentioned above is not very large in the case of a turbocharger, so it is not normally a problem, but if the turbocharger is exposed to abnormal operating conditions, such as a sudden change in rotational speed or a sudden rise in temperature, for a long time. , or when the turbine wheel 5 and the shaft 2 are frequently placed or subjected to vibrations in the rotational direction, it is thought that a deviation in the rotational direction may occur between the turbine wheel 5 and the shaft 2.
本発明は、タービンホイールとシャフトが軸方向のみな
らず回転方向にも強力に結合されたターボチャージャの
ロータを提供することを解決課題としている。An object of the present invention is to provide a turbocharger rotor in which a turbine wheel and a shaft are strongly coupled not only in the axial direction but also in the rotational direction.
されているとことを特徴とする。It is characterized by:
本発明によるターボチャージャのロータは、タービンホ
イールと、前記タービンホイールとコンプレッサのイン
ペラとを連結するシャフトと、前記シャフトの延長部分
として一体的に形成され前記タービンホイールの中心孔
に挿通される応力部材と、前記応力部材の一端において
前記シャフトと一体的に形成された抜け止め手段と、同
じく前記応力部材の前記一端において前記シャフトと前
記タービンホイールの一側との間に設けられた回り止め
手段とを備えており、前記応力部材の前記一端は前記タ
ービンホイールの前記一側に対して前記波は止め手段及
び前記回り止め手段によって係合していると共に、前記
応力部材の他端は前記タービンホイールの回転方向とは
逆方向の回転力と軸方向の引張り力とを加えられた状態
で前記タービンホイールの他側に対し金属溶湯の注入・
固化によって軸方向及び回転方向のいずれにも固定〔作
用〕
本発明によるターボチャージャのロータにおいては、応
力部材の一端はタービンホイールの一側に実質的に固着
されると共に、応力部材の他端は、製造の過程において
、タービンホイールの回転方向とは逆方向の回転力を加
えられて捩りをかけられると共に、他の手段によって軸
方向にも伸長された状態で、タービンホイールの他側に
対し、金属溶湯の注入・固化によって結合される。この
ようにして、応力部材には所定の大きさのブリトーショ
ンとブリテンションとの組合わせ応力が発生している。A turbocharger rotor according to the present invention includes a turbine wheel, a shaft connecting the turbine wheel and an impeller of a compressor, and a stress member integrally formed as an extension of the shaft and inserted into a center hole of the turbine wheel. a slip-off prevention means integrally formed with the shaft at one end of the stress member; and a rotation prevention means also provided between the shaft and one side of the turbine wheel at the one end of the stress member. The one end of the stress member is engaged with the one side of the turbine wheel by the wave stopper and the rotation stopper, and the other end of the stress member is engaged with the one side of the turbine wheel. The molten metal is injected into the other side of the turbine wheel while applying a rotational force in the opposite direction to the rotational direction of the turbine wheel and a tensile force in the axial direction.
Fixed in both the axial and rotational directions by solidification [action] In the rotor of the turbocharger according to the present invention, one end of the stress member is substantially fixed to one side of the turbine wheel, and the other end of the stress member is fixed to one side of the turbine wheel. During the manufacturing process, it is twisted by applying a rotational force in the opposite direction to the rotational direction of the turbine wheel, and is also stretched in the axial direction by other means, and is stretched against the other side of the turbine wheel. , bonded by pouring and solidifying molten metal. In this way, a combined stress of a predetermined magnitude of burritosion and britortion is generated in the stress member.
したがって、シャフトと一体的に形成された抜け止め手
段は、応力部材に蓄えられたブリテンションの応力によ
る軸方向の引張り力によって常にタービンホイールの一
側に強く押し付けられていると共に、回り止め手段が応
力部材に蓄えられたブリトーションの応力による回転力
によって強(係合させられ、つまり、回り止め手段にお
いて、タービンホイールがシャフトに対してその回転方
向に強く押し付けられて、軸方向及び回転方向共に全く
緩みやガタの発生する心配がないように付勢・結合され
る。Therefore, the retaining means formed integrally with the shaft is always strongly pressed against one side of the turbine wheel by the axial tensile force due to the britension stress stored in the stress member, and the retaining means is constantly pressed against one side of the turbine wheel. The rotational force due to the stress of the burriton stored in the stress member causes the turbine wheel to be strongly engaged (i.e., in the detent means, the turbine wheel is strongly pressed against the shaft in its rotational direction, and They are biased and connected in such a way that there is no risk of loosening or rattling.
その結果、通常考えられる程度の外力や振動等によって
抜け止め手段及び回り止め手段におけるタービンホイー
ルとシャフトの軸方向及び回転方向の結合が解かれるこ
とはなく、両者は始めから一体のものと実質的に同様な
働きをすることになる。As a result, the coupling between the turbine wheel and the shaft in the axial and rotational directions in the retaining means and the rotation preventing means will not be broken due to external forces or vibrations to a degree that is normally considered, and the two are essentially integral from the beginning. will have a similar function.
第1図〜第4図は第1実施例のターボチャージャのロー
タ及びその一部分と、その製造方法を示す。ターボチャ
ージャのロータ21は、中心の肉抜きをして軽量化し且
つ材料の節減を図った例えば純金属チタン製の中空シャ
フト22と、その第1図における左端の螺子部(ローレ
フトでもよい)に跡ぐるみで固定されたアルミニウムを
主成分とする軽合金グイキャスト製のコンプレッサ用イ
ンペラ23 (24はそのブレードを示す)、前記シャ
フト22の他端側にレーザービーム溶接25によって接
合されたシャフト22と同材質の継手26、及びそれに
対して本発明による特殊な手段によって結合された例え
ばファインセラミックス材、あるいはチタン合金材製の
タービンホイール27等からなっている。1 to 4 show a rotor of a turbocharger according to a first embodiment, a portion thereof, and a method of manufacturing the same. The rotor 21 of the turbocharger has a hollow shaft 22 made of, for example, pure metal titanium, which is made by cutting out the center part to reduce weight and save materials, and a threaded part at the left end (low-left may be used) in Fig. 1. A compressor impeller 23 (24 indicates its blades) made of a light alloy guicast mainly made of aluminum is fixed in place, and is the same as the shaft 22, which is joined to the other end of the shaft 22 by laser beam welding 25. It consists of a joint 26 made of a material, and a turbine wheel 27 made of, for example, fine ceramics or titanium alloy, which is connected to the joint 26 by special means according to the present invention.
このように、本発明のロータは比較的小さな多くの部分
を結合して組立てられるもので、各部分はそれぞれの作
動条件にもっともふされしい材料を、無駄なく適量だけ
使用することが可能となる。In this way, the rotor of the present invention is assembled by joining together many relatively small parts, and each part can use the appropriate amount of material most suitable for its respective operating conditions without wasting it. .
しかも、多くの部分を一体のものとして製造するのにく
らべて、成形、加工が容易であり、歪みや狂いも少なく
て、高精度に仕上げることができるという利点がある。Moreover, compared to manufacturing many parts as one piece, it has the advantage that it is easier to mold and process, has less distortion and irregularities, and can be finished with high precision.
なお、シャフト22と継手26止はレーザービーム溶接
25によって一体化されるので、継手26には耐熱性に
優れるチタン材を使用しても、シャフト22にはそれよ
り安価な材料を使用することも可能である。In addition, since the shaft 22 and the joint 26 are integrated by laser beam welding 25, even if titanium, which has excellent heat resistance, is used for the joint 26, a cheaper material may be used for the shaft 22. It is possible.
シャフトの継手26は、部分図である第2図や分解図で
ある第4図に明示され、且つ第1図及び第3図に2点鎖
線で示されている抜け止め手段前回り止め手段の一部と
しての欠円状のフランジ2B(その切欠きを29として
示す)、と、その先に細長く伸びる細径部(応力部材)
30、その先端寄りに形成される螺子部31、更に、螺
子部31に続いて形成され後に大部分を切断される舌片
(回転力を加えるための手段)32等の部分を有する。The joint 26 of the shaft is clearly shown in FIG. 2, which is a partial view, and FIG. A partially circular flange 2B (the notch is shown as 29), and a narrow diameter part (stress member) that extends long and thin at the tip.
30, a threaded portion 31 formed near the tip thereof, and further includes a tongue piece (means for applying rotational force) 32, which is formed following the threaded portion 31 and is later mostly cut off.
シャフトの継手26に結合するタービンホイール27は
、継手26の細径部30よりも遥かに大径の中心孔33
、欠円状フランジ28の切欠き29を補なう形の突起(
両者が組合わされて回り止め手段となる)34、螺子部
31を収容する6角形その他の角形穴35、ブレード3
6等を備えている。The turbine wheel 27 coupled to the shaft joint 26 has a center hole 33 having a much larger diameter than the narrow diameter portion 30 of the joint 26.
, a projection (
34, a hexagonal or other rectangular hole 35 for accommodating the screw portion 31, and a blade 3.
It is equipped with 6th class.
次にシャフト22とタービンホイール27との結合によ
るロータの製造方法について述べる。第3図に示すよう
に、タービンホイール27は固定台37の上にボルト3
8等の手段によって取付けられる。中心孔33には下方
からシャフト22の先に取付けられた継手26の細径部
(応力部材)30が挿通されて中心に位置ぎめされ、シ
ャフト22自体も図示されない手段によって強力に中心
軸の位置に保持される。Next, a method of manufacturing a rotor by coupling the shaft 22 and the turbine wheel 27 will be described. As shown in FIG. 3, the turbine wheel 27 is mounted on a fixed base 37 with bolts 3.
It is attached by means such as 8. The narrow diameter part (stress member) 30 of the joint 26 attached to the tip of the shaft 22 is inserted into the center hole 33 from below and positioned at the center, and the shaft 22 itself is also strongly pushed to the center axis by means not shown. is maintained.
螺子部31には円環状の洩れ止め39がねじ込まれて、
細径部30と中心孔33との空隙40に蓋をすると共に
、角形穴35と螺子部31との間に形成される隙間に底
をつける。An annular leak stopper 39 is screwed into the threaded portion 31.
A gap 40 between the narrow diameter part 30 and the center hole 33 is covered, and a gap formed between the square hole 35 and the threaded part 31 is bottomed.
角形穴35の上部開口には鎖線で示すホッパー41が取
付けられて、角形穴35の中の螺子部31を鋳ぐるむよ
うに、結合のための金属溶湯42が注入される。金属溶
湯としては、タービンホイールの材料としてよく用いら
れるFe ; Ni Cr Mo系の高級鋼材等が適し
ている。注入に先立ってシャフト22の先端の継手26
、中でも細径部(応力部材)30は予かしめ強く加熱し
て高温にしておき(十分に膨張させておく)、タービン
ホイール27も多少加熱しておく。さらに、溶湯42が
角形穴35の中で固化する前に、応力部材である細径部
30の先端の舌片32には、レンチ43のような手段に
よって回転力Tを加え、細径部30に所定量の捩りを発
生させておく。A hopper 41 shown by a chain line is attached to the upper opening of the square hole 35, and a molten metal 42 for bonding is injected so as to surround the threaded portion 31 in the square hole 35. As the molten metal, Fe;NiCrMo-based high-grade steel, which is often used as a material for turbine wheels, is suitable. Fitting 26 at the tip of shaft 22 prior to injection
In particular, the narrow diameter portion (stress member) 30 is strongly heated in advance to a high temperature (sufficiently expanded), and the turbine wheel 27 is also heated to some extent. Furthermore, before the molten metal 42 solidifies in the rectangular hole 35, a rotational force T is applied to the tongue piece 32 at the tip of the narrow diameter portion 30, which is a stress member, by means such as a wrench 43. A predetermined amount of twist is generated.
回転力Tの方向は、完成後にロータ21が回転する方向
とは逆向きとする。この場合、螺子部31の方向は、タ
ービンホイール27がシャフト22を回転駆動するとき
に、締まり勝手となる方向に選んでおく。なお、細径部
(応力部材)30に捩りをかけると共に熱によって膨張
させる代りに、舌片32をつかむレンチ43によって捩
りと共に軸方向に機械的な引張力をも加えて、捩りと同
時に伸長もさせるというように構成してもよい。要する
に、本発明の特徴として、シャフト22の一部となって
いる細径部(応力部材)30に軸方向のブリテンション
と回転方向のブリトーションの組合わせ応力が作用する
ように設定するということである。The direction of the rotational force T is opposite to the direction in which the rotor 21 rotates after completion. In this case, the direction of the threaded portion 31 is selected so that it will tighten easily when the turbine wheel 27 rotates the shaft 22. Incidentally, instead of twisting the narrow diameter portion (stress member) 30 and causing it to expand due to heat, a wrench 43 that grips the tongue piece 32 is used to apply a mechanical tensile force in the axial direction along with the twist, so that it is not only twisted but also expanded at the same time. It may also be configured such that the In short, a feature of the present invention is that the combined stress of axial burtension and rotational burritoon is set to act on the small diameter portion (stress member) 30 that is a part of the shaft 22. It is.
第1実施例の場合、ブリテンションとプリトーションは
、抜け止め兼回り止め手段である欠円状フランジ28と
、螺子部31を鋳ぐるみにした溶湯42の固化したもの
(分解図面の第4図において、角形穴35の形に鋳込ま
れた角形ブロック44)との間に作用し、特にプリトー
ションによる回転力は、欠円状フランジ28の切欠き2
9が突起34により係止される一方、螺子部31と一体
化された角形ブロック44が角形穴35の中で係止され
ることによって、突起34を欠円状フランジの切欠き2
9に向って回転方向に強く押し付けることになり、シャ
フト22とタービンホイール27との回転方向のガタが
発生しないようになる。In the case of the first embodiment, the britension and pretortion are formed by solidifying the molten metal 42 with the missing circular flange 28, which serves as a retaining and rotation preventing means, and the threaded portion 31 (see Fig. 4 of the exploded drawing). , the rotational force due to pretortion acts between the notch 2 of the circular flange 28 and the square block 44 ) cast in the shape of the square hole 35 .
9 is locked by the projection 34, while the square block 44 integrated with the threaded portion 31 is locked in the square hole 35, so that the projection 34 is connected to the notch 2 of the circular flange.
9, the shaft 22 and the turbine wheel 27 are strongly pressed in the rotational direction, thereby preventing play between the shaft 22 and the turbine wheel 27 in the rotational direction.
したがって、軸方向に作用するブリテンションの作用と
相まって、シャフト22とタービンホイール27との間
には全くガタが生じることはなく、強力に一体化され、
小部分からの組立構造でありながら、あたかも一体品と
同じような頑丈さと固有振動数特性などを備えることに
なる。また、捩りを与えるために細径とした細径部(応
力部材)30とタービンホイールの比較的大きい中心孔
33との間の空隙40は、断熱空間としての有益な作用
をも有し、タービンホイール27の熱がシャフト22へ
伝わるのを阻げるのに有効である。そのため、シャフト
22の耐熱性は比較的に低くてもよいことになる。Therefore, combined with the action of britension acting in the axial direction, there is no play between the shaft 22 and the turbine wheel 27, and the shaft 22 and the turbine wheel 27 are strongly integrated.
Although the structure is assembled from small parts, it has the same sturdiness and natural frequency characteristics as if it were a single piece. In addition, the gap 40 between the small diameter part (stress member) 30, which is made small in diameter to impart torsion, and the relatively large center hole 33 of the turbine wheel also has a beneficial effect as a heat insulating space, and This is effective in preventing heat from the wheel 27 from being transmitted to the shaft 22. Therefore, the heat resistance of the shaft 22 may be relatively low.
溶湯42が固化した後、突出している舌片32の余分な
先端部は機械加工によって切り落される。また、固化し
た角形ブロック44の盛り上り部を適度に研削したりし
て、回転体としてのバランスをとることは言うまでもな
い。After the molten metal 42 has solidified, the excess tip of the protruding tongue piece 32 is cut off by machining. It goes without saying that the solidified rectangular block 44 may be appropriately ground to maintain its balance as a rotating body.
次に第5図に示した本発明の第2実施例を説明する。こ
の場合は第1実施例において採用した角形穴35は使用
せず、代りに、タービンホイール45の図における上端
部が、6角形等の角形端部46となっている。そして固
定台37の上に取付けられた状態でホッパー47がター
ビンホイール45の上に置かれ、その内部には砂型48
が形成される。レンチ43によってシャフト22の延長
部分である細径部(応力部材)30の先端の舌片32に
回転力を加えることや、細径部30を予じめ強く加熱し
て膨張させるか又は軸方向に引張り力を加えて伸長させ
た状態で、金属溶湯42を注入することは第1実施例の
場合と同様である。Next, a second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 will be described. In this case, the square hole 35 employed in the first embodiment is not used, and instead, the upper end of the turbine wheel 45 in the drawing is a square end 46 such as a hexagon. The hopper 47 is placed on the turbine wheel 45 while being attached to the fixed base 37, and a sand mold 48 is placed inside the hopper 47.
is formed. Applying a rotational force to the tongue piece 32 at the tip of the narrow diameter portion (stress member) 30, which is an extension of the shaft 22, with the wrench 43, or strongly heating the narrow diameter portion 30 in advance to expand it, or The process of injecting the molten metal 42 while applying a tensile force to the molten metal 42 is the same as in the first embodiment.
この場合は細径部(応力部材)30の先端部りに形成さ
れた螺子部49がタービンホイール45の角形端部46
の外にあるが、砂型48によって形成された空所50に
溶湯42が注入されて固化すると、螺子部49とタービ
ンホイールの角形端部46が共に鋳ぐるみとなり、完全
に一体化される。なお、51は溶湯の洩れ止めの円環を
示している。In this case, the threaded part 49 formed at the tip of the narrow diameter part (stress member) 30 is connected to the square end 46 of the turbine wheel 45.
However, when the molten metal 42 is injected into the cavity 50 formed by the sand mold 48 and solidified, the threaded part 49 and the square end 46 of the turbine wheel become cast together and are completely integrated. Note that 51 indicates a ring for preventing leakage of molten metal.
第2実施例の特徴はタービンホイール45の第5図にお
ける下端部にもある。レーザービーム溶接25によって
シャフト22と一体化されている継手52は、前述の舌
片(回転力を加えるだめの手段)を有する細径部(応力
部材)30を備えているほか、テーパ状内面53を有す
る抜け止め手段としてのフランジ54を有する。そして
テーパ状内面53に嵌合するように、タービンホイール
45の下端部にはテーバ状外面55が形成されている。A feature of the second embodiment is also found in the lower end of the turbine wheel 45 in FIG. The joint 52, which is integrated with the shaft 22 by laser beam welding 25, includes a narrow diameter portion (stress member) 30 having the aforementioned tongue piece (means for applying rotational force) and a tapered inner surface 53. It has a flange 54 as a slip-off prevention means. A tapered outer surface 55 is formed at the lower end of the turbine wheel 45 so as to fit into the tapered inner surface 53 .
さらに、フランジ54に設けられた切欠き(図示しない
)には、タービンホイール45の突起56が係合してシ
ャフト22とタービンホイール45との相対回転を阻止
する回り止め手段を構成する。Further, a notch (not shown) provided in the flange 54 engages with a protrusion 56 of the turbine wheel 45, thereby forming a rotation preventing means for preventing relative rotation between the shaft 22 and the turbine wheel 45.
細径部(応力部材)30に引張り力が作用すると、ター
ビンホイール45の下端のテーパ状外面55がフランジ
54のテーパ状内面に嵌入し、突起56が切欠きに係合
して抜け止めと同時に回り止めされることによって、タ
ービンホイール45の第5図における下端がシャフト2
2と一体化される。When a tensile force is applied to the narrow diameter portion (stress member) 30, the tapered outer surface 55 of the lower end of the turbine wheel 45 fits into the tapered inner surface of the flange 54, and the protrusion 56 engages with the notch to prevent it from coming off at the same time. By being prevented from rotating, the lower end of the turbine wheel 45 in FIG.
It is integrated with 2.
タービンホイール45の上端が細径部30の螺子部49
と溶湯42の注入による鋳ぐるみによって結合され、ブ
リテンションとブリトーションの組合わせ応力が作用す
る細径8(応力部材)3Gにより、抜け止め手段と回り
止め手段にガタがないように付勢された状態で、シャフ
ト22のフランジ部54とタービンホイール45の下端
が一体化されていることは第1実施例と同じである。第
2実施例の場合は特に、細径部(応力部材)30を長く
取ることができるから、ブリテンションとブリトーショ
ンによる弾性変形の許容量を大きくとることができる。The upper end of the turbine wheel 45 is the threaded portion 49 of the narrow diameter portion 30
The small diameter 8 (stress member) 3G, on which the combined stress of britension and burritoon is applied, biases the retaining means and the rotation preventing means so that there is no looseness. As in the first embodiment, the flange portion 54 of the shaft 22 and the lower end of the turbine wheel 45 are integrated in this state. Particularly in the case of the second embodiment, since the narrow diameter portion (stress member) 30 can be made long, the allowable amount of elastic deformation due to britension and burritortion can be increased.
これは、細径部30をあまり細くしなくても軸方向及び
回転方向の必要な弾性変形量が得られるということであ
るから、安全率も径が大きいだけ大きくなる。This means that the required amount of elastic deformation in the axial and rotational directions can be obtained without making the narrow diameter portion 30 too thin, so the safety factor also increases as the diameter increases.
本発明により、タービンホイールとシャフトの結合部分
は、応力部材のブリテンションにより軸方向に強く押付
けられるのみならず、同じ応力部材のブリトーションに
より回転方向にも強く押し付けられるので、あたかも一
体のもののように強力な結合体となる。したがって、通
常考えられる程度の大きな外力や振動等が作用しても、
結合部分に緩みやガタ、ずれ等が生じることがない。According to the present invention, the joint portion between the turbine wheel and the shaft is not only strongly pressed in the axial direction by the burritoon of the stress member, but also strongly pressed in the rotational direction by the burritoon of the same stress member, so that it appears as if they were one piece. It becomes a strong bond. Therefore, even if a normally large external force or vibration is applied,
There will be no loosening, rattling, or misalignment in the joints.
また、シャフトとタービンホイールを別体とし、更にそ
れらの一部をも別体として組立てることが可能となるか
ら、成形、加工が容易となり、狂いもなく精度を高める
ことができ、しかも、各部分には最適の材料を必要最少
限だけ使用することが可能となり、高性能でありながら
低コスト化を図ることができる。In addition, since it is possible to separate the shaft and the turbine wheel and assemble parts of them separately, it becomes easier to form and process them, and it is possible to improve accuracy without any deviations, and moreover, it is possible to assemble parts of them separately. This makes it possible to use the most suitable materials in the minimum amount necessary, and it is possible to achieve high performance while reducing costs.
第1図(a)は本発明の第1実施例であるターボチャー
ジャのロータの全体構造を示す縦断正面図、第1図(b
)はその一部の側面図、第2図は第1実施例に使用され
るシャフトの形状・構造を示す斜視図、第3図(a)は
第1実施例のロータを製造する工程の要部を示す一部切
断正面図、第3図(b)はその一部の上面図、第4図は
第1実施例のロータを分解して示す斜視図、第5図は本
発明の第2実施例であるターボチャージャのロータの要
部と、それを製造する工程の要部を示す一部縦断正面図
、第6図は従来技術によるターボチャージャのロータの
構造を示す縦断正面図、第7図はその要部の形状・構造
を示す斜視図である。
1・・・ターボチャージャのロータ、
2・・・シャフト、 3・・・インペラ、4・
・・ナツト、
5・・・タービンホイール(従来)、
6・・・有底円穴、 7・・・大径部、8・・
・小径部、 9・・・スリット、10・・・結
合突部、 11・・・貫通孔、12・・・結合金
属、 13・・・頭部、21・・・ターボチャー
ジャのロータ、22・・・ (中空)シャフト、23・
・・インペラ、24・・・ブレード、
25・・・レーザービーム溶接、
26・・・継手、
27・・・タービンホイール(第1実施例)、28・・
・欠円状フランジ、 29・・・切欠き、30・・・細
径部(応力部材)
31・・・螺子部、
33・・・中心孔、
35・・・角形穴、
37・・・固定台、
39・・・洩れ止め、
41・・・ホッパー
43・・・レンチ、
45・・・タービンホイール
46・・・角形端部、
48・・・砂型、
50・・・空所、
52・・・継手、
54・・・フランジ、
56・・・突起。
32・・・舌片、
34・・・突起、
36・・・ブレード、
38・・・ボルト、
40・・・空隙、
42・・・金属溶湯、
44・・・角形ブロック、
(第2実施例)、
47・・・ホッパー
49・・・螺子部、
51・・・洩れ止め、
53・・・テーパ状内面、
55・・・テーパ状外面、
第1図
22・・・中空シャフト
26・−・継手
27・・・タービンホイール
28・・・欠円状フランジ
30・・・細径B(応力部材)
32・・・舌片
34・・・突起
35・・・角形穴
44・・・角形ブロック
第
2図
30・・・細径部(応力部材)
31・・・螺子部
32・・・舌片
39・・・洩れ止め
22・・・中空シャフト
25・・・レーザービーム溶接
26・・・継手
28・・・欠円状フランジ
29・・・切欠き
第4図
7・・・タービンホイール
8・・・欠円状フランツ
9・・・切欠き
0・・・細径fl!(応力部材)
31・・・螺子部
32・・・舌片
35・・・角形穴
39・・・洩れ止め
第5目
(応力部材) 4
0・・・細径部
7・・・固定台
2・・・金属溶湯
3・・・レンチ
4・・角形ブロック
5・・・タービンホイール
6・−・角形端部
8・・・砂型
9・・・螺子部
4・・・フランジ
5・・・テーバ状外面FIG. 1(a) is a longitudinal sectional front view showing the overall structure of a rotor of a turbocharger according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
) is a side view of a part of the rotor, FIG. 2 is a perspective view showing the shape and structure of the shaft used in the first embodiment, and FIG. 3(a) is a summary of the process for manufacturing the rotor of the first embodiment. 3(b) is a top view of the part, FIG. 4 is an exploded perspective view of the rotor of the first embodiment, and FIG. 5 is a partially cutaway front view of the rotor of the first embodiment. FIG. 6 is a partially longitudinal front view showing the main part of the rotor of a turbocharger according to an embodiment and the main part of the process for manufacturing the rotor; FIG. 6 is a longitudinal front view showing the structure of the rotor of a turbocharger according to the prior art; The figure is a perspective view showing the shape and structure of the main parts. 1...Turbocharger rotor, 2...Shaft, 3...Impeller, 4...
...Nut, 5...Turbine wheel (conventional), 6...Bottomed circular hole, 7...Large diameter part, 8...
・Small diameter part, 9...Slit, 10...Joining protrusion, 11...Through hole, 12...Joining metal, 13...Head, 21...Turbocharger rotor, 22... ... (Hollow) shaft, 23.
... Impeller, 24... Blade, 25... Laser beam welding, 26... Joint, 27... Turbine wheel (first embodiment), 28...
- Notched circular flange, 29... Notch, 30... Small diameter part (stress member) 31... Threaded part, 33... Center hole, 35... Square hole, 37... Fixing Stand, 39... Leak prevention, 41... Hopper 43... Wrench, 45... Turbine wheel 46... Square end, 48... Sand mold, 50... Hollow space, 52...・Joint, 54...flange, 56...protrusion. 32... Tongue piece, 34... Protrusion, 36... Blade, 38... Bolt, 40... Gap, 42... Molten metal, 44... Square block, (Second example) ), 47... Hopper 49... Threaded portion, 51... Leak prevention, 53... Tapered inner surface, 55... Tapered outer surface, Fig. 1 22... Hollow shaft 26... Joint 27... Turbine wheel 28... Missing circular flange 30... Small diameter B (stress member) 32... Tongue piece 34... Protrusion 35... Square hole 44... Square block number 2 Fig. 30...Small diameter part (stress member) 31...Threaded part 32...Language piece 39...Leak stopper 22...Hollow shaft 25...Laser beam welding 26...Joint 28 ...Cut-off circular flange 29...Notch Fig. 4 7...Turbine wheel 8...Cut-off circular flange 9...Notch 0...Small diameter fl! (Stress member) 31... Threaded portion 32... Tongue piece 35... Square hole 39... Leak stopper 5th (stress member) 4 0... Small diameter portion 7... Fixing base 2 ... Molten metal 3 ... Wrench 4 ... Square block 5 ... Turbine wheel 6 ... Square end 8 ... Sand mold 9 ... Thread part 4 ... Flange 5 ... Taper shape external surface
Claims (1)
プレッサのインペラとを連結するシャフトと、前記シャ
フトの延長部分として一体的に形成され前記タービンホ
ィールの中心孔に挿通される応力部材と、前記応力部材
の一端において前記シャフトと一体的に形成された抜け
止め手段と、同じく前記応力部材の前記一端において前
記シャフトと前記タービンホィールの一側との間に設け
られた回り止め手段とを備えており、前記応力部材の前
記一端は前記タービンホィールの前記一側に対して前記
抜け止め手段及び前記回り止め手段によって係合してい
ると共に、前記応力部材の他端は前記タービンホィール
の回転方向とは逆方向の回転力と軸方向の引張り力とを
加えられた状態で前記タービンホィールの他側に対し金
属溶湯の注入・固化によって軸方向及び回転方向のいず
れにも固定されていることを特徴とするターボチャージ
ャのロータ。1. A turbine wheel, a shaft connecting the turbine wheel and an impeller of a compressor, a stress member integrally formed as an extension of the shaft and inserted into a center hole of the turbine wheel, and one end of the stress member a slip-off prevention means integrally formed with the shaft; and a rotation prevention means provided between the shaft and one side of the turbine wheel at the one end of the stress member; The one end of the member is engaged with the one side of the turbine wheel by the slip-off prevention means and the rotation prevention means, and the other end of the stress member is engaged with the one side of the turbine wheel, and the other end of the stress member is engaged with the one side of the turbine wheel. A turbocharger characterized in that the turbocharger is fixed in both the axial and rotational directions by pouring and solidifying molten metal to the other side of the turbine wheel while applying a rotational force and an axial tensile force. rotor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5634090A JPH03260330A (en) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | Rotor of turbocharger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5634090A JPH03260330A (en) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | Rotor of turbocharger |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03260330A true JPH03260330A (en) | 1991-11-20 |
Family
ID=13024495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5634090A Pending JPH03260330A (en) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | Rotor of turbocharger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03260330A (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-03-09 JP JP5634090A patent/JPH03260330A/en active Pending
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