[發明專利]一種渦輪葉輪與轉軸的螺紋過盈連接方法與連接結構

有效

• 申請號: 201310166758.8
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN103244194A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 王正;王增全;邢衛東;王阿娜;何洪;宋志偉;王晉偉
• 申請（專利權）人: 中國北方發動機研究所(天津)
• 主分類號: F01D5/02
• 分類號: F01D5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機械設計與制造技術領域，具體涉及一種鈦鋁增壓器渦輪葉輪與轉軸的螺紋過盈連接方法。

背景技術

渦輪轉軸是渦輪增壓器的核心零部件之一，通常由渦輪葉輪和轉軸連接而成。目前車用柴油機增壓器的渦輪葉輪普遍采用鑄造鎳基高溫合金K418材料(材料密度為8.0×10³kg/m³)，轉軸采用42CrMo合金鋼材料。對于由K418材料制造的增壓器渦輪葉輪和42CrMo合金鋼制造的轉軸，可以采用摩擦焊接工藝實現渦輪葉輪與轉軸的可靠連接，形成渦輪轉軸。然而，由于K418材料密度較大，由K418材料制造的渦輪葉輪轉動慣量也較大，導致廢氣渦輪增壓發動機的瞬態響應性較差，特別是對于車用發動機。

為降低渦輪增壓器轉子的轉動慣量、提高廢氣渦輪增壓發動機的瞬態響應性、減少起動/加速時的冒黑煙現象和改善發動機低速性能，渦輪葉輪可以采用比強度較高的鑄造鈦鋁合金材料。鈦鋁合金材料的密度僅為3.9×10³kg/m³，同時鈦鋁合金材料又具有良好的高溫性能和抗氧化性能，且彈性模量較大，用鈦鋁材料制造的增壓器渦輪葉輪，能夠顯著降低渦輪增壓器轉子的轉動慣量。但是由于鈦鋁合金材料屬于金屬間化合物，采用常規的焊接方法，很難實現鈦鋁合金渦輪葉輪與42CrMo合金轉軸之間的可靠連接，不能夠滿足增壓器渦輪葉輪與轉軸的連接強度要求。

在鈦鋁合金渦輪葉輪與42CrMo合金轉軸的連接方面，通過對國內外相關技術資料報道和專利的檢索，查找到申請號分別為97125874.0和200810110548.6的兩個發明專利，這兩個專利提出采用機械過盈連接方法實現鈦鋁合金渦輪葉輪與42CrMo合金轉軸的連接。但是，由于渦輪葉輪與轉軸的連接部位工作溫度較高，鈦鋁合金渦輪葉輪與42CrMo合金轉軸之間的過盈連接強度會隨著增壓器使用時間的增加而下降，這種機械過盈連接方法難以保證鈦鋁合金渦輪葉輪與42CrMo合金轉軸之間連接強度的長期穩定性。

發明內容

本發明針對現有技術中鈦鋁合金材料在增壓器渦輪應用過程中面臨的鈦鋁渦輪葉輪與42CrMo轉軸的連接問題，提出一種鈦鋁增壓器渦輪與轉軸的螺紋過盈連接方法。該方法綜合螺紋連接和過盈連接這兩種連接方式的優點，通過合理設計鈦鋁渦輪葉輪與42CrMo轉軸連接部位的結構和工藝參數，可實現鈦鋁渦輪葉輪與42CrMo轉軸的持久可靠連接，滿足鈦鋁增壓器渦輪轉軸的連接強度要求。

本發明的技術方案：

一種鈦鋁增壓器渦輪與轉軸的螺紋過盈連接方法，包括以下步驟：

a、根據增壓器渦輪葉輪、轉軸以及軸承體的結構參數，確定鈦鋁渦輪葉輪與42CrMo轉軸螺紋連接部分的結構參數，螺紋連接部位具有一定過盈量，從渦輪端看，螺紋旋向與增壓器轉軸的轉動方向相同；

b、鈦鋁渦輪葉輪內螺紋與配合端面的機械加工；

c、42CrMo轉軸外螺紋與配合端面的機械加工；

d、鈦鋁渦輪葉輪和42CrMo合金轉軸的螺紋裝配旋緊；

e、渦輪轉軸的盲孔機械加工，對完成螺紋裝配旋緊連接的渦輪轉軸，在B端面進行盲孔加工，盲孔數為3-6個并均勻布置，孔盲孔深度要保證穿過42CrMo轉軸外緣并深入渦輪葉輪內部3-5mm；

f、彈性圓柱銷與渦輪轉軸盲孔的裝配，將彈性圓柱銷裝入渦輪轉軸的盲孔中，裝配后的彈性圓柱銷應不超出B端面；

g、按照渦輪轉軸的結構參數，對已連接好的鈦鋁增壓器渦輪轉軸進行其他部位的機械加工。

本發明的有益效果是：

鈦鋁增壓器渦輪與轉軸的螺紋過盈連接方法通過合理設計螺紋連接結構與工藝參數，解決了鈦鋁增壓器渦輪葉輪與轉軸的連接問題，實現了鈦鋁渦輪葉輪與42CrMo轉軸之間的持久可靠連接，能夠滿足鈦鋁渦輪葉輪與轉軸連接的工程化應用需要。采用螺紋過盈連接方法既可以有效地保證渦輪葉輪與轉軸的連接強度，又可以防止渦輪轉軸工作受熱時出現松動；同時，配合端面可以使渦輪葉輪與轉軸的螺紋連接在裝配過程中實現良好定位。通過對完成螺紋裝配連接的渦輪轉軸加工盲孔并放置彈性圓柱銷，可以更好地防止渦輪葉輪與轉軸之間發生相對運動，更加有效地保證渦輪轉軸的連接強度，特別是對于轉速波動較大和使用壽命較長的車用渦輪增壓器。在完成鈦鋁渦輪葉輪與42CrMo轉軸連接的基礎上，根據渦輪轉軸的結構參數進行其他部位的機械加工，可以更好地保證渦輪轉軸的整體加工精度。該連接方法的工藝簡單穩定，連接強度持久可靠，易于實現工程化。

附圖說明