廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪動(dòng)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有權(quán)利要求1的前序部分的特征的內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓機(jī)的渦輪動(dòng)子，和具有權(quán)利要求9的前序部分的特征的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓機(jī)，特別是廢氣渦輪增壓機(jī)通過利用廢氣能量來設(shè)置用于對內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行功率提升。
[0003]廢氣渦輪增壓機(jī)包括如下葉輪，它們經(jīng)由支承在廢氣渦輪增壓機(jī)的支承殼體內(nèi)的軸來連接。第一葉輪也就是由內(nèi)燃機(jī)的廢氣流驅(qū)動(dòng)的渦輪，經(jīng)由軸與配屬于內(nèi)燃機(jī)的抽吸管段的第二壓縮機(jī)輪連接。壓縮機(jī)輪提升壓力，據(jù)此可以使更多的氧氣到達(dá)抽吸系統(tǒng)中，并且可以噴入更大的燃料量，這使得內(nèi)燃機(jī)的功率提升。在規(guī)格幾乎一樣的情況下，借助廢氣渦輪增壓機(jī)可以明顯增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)的功率和最大轉(zhuǎn)矩。軸將渦輪與壓縮機(jī)輪連接起來，它們共同形成渦輪動(dòng)子。在運(yùn)行時(shí)，在廢氣渦輪增壓機(jī)中可以產(chǎn)生>250，000U/min的轉(zhuǎn)速。在該轉(zhuǎn)速的情況下，壓縮機(jī)輪和/或渦輪由于離心力而徑向地延展并軸向地縮短，其中，會(huì)出現(xiàn)變化了的平衡差度。此外的振鳴聲所造成的平衡差度變化會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致渦輪增壓機(jī)的完全失效以及對內(nèi)燃機(jī)造成間接損傷。由于該構(gòu)件應(yīng)變，所以渦輪動(dòng)子的所有構(gòu)件的可靠連接是必要的，以便能夠?qū)崿F(xiàn)渦輪增壓機(jī)的無干擾的運(yùn)行。因此，對在渦輪動(dòng)子的軸上的葉輪固定對于廢氣渦輪增壓機(jī)的可靠性來說是起決定性作用的。
[0004]由現(xiàn)有技術(shù)公知，潤輪動(dòng)子的各個(gè)構(gòu)件材料鎖合(stoffschliissig)地例如通過摩擦焊接或激光彼此連接。在隨后的對焊接連接進(jìn)行冷卻時(shí)發(fā)生了由不同原料制成的構(gòu)件的不同的熱傳遞。因此，這些方法需要成本高昂的熱后處理以及隨后的裂紋檢測。
[0005]EP I 502 008 BI公開了一種廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪動(dòng)子，該渦輪動(dòng)子的軸將兩個(gè)葉輪也就是渦輪和壓縮機(jī)輪連接起來，并且該軸支承在廢氣渦輪增壓機(jī)殼體的軸承中。每個(gè)葉輪都包括具有中心凹部的輪轂隆起部，該中心凹部用于容納軸并且配設(shè)有相應(yīng)的套管。具有密封和保持功能的套管在外部被壓緊套筒所包圍，該壓緊套筒通過壓裝或熱縮與輪轂隆起部力鎖合(kraftschliissig)地連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)是，提供在動(dòng)子軸的由不同原料制成的構(gòu)件之間的可靠的連接方案，該連接方案在裝配簡單和成本低廉的情況下是持久性地設(shè)計(jì)的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該解決方案利用根據(jù)權(quán)利要求1的特征的渦輪動(dòng)子和具有權(quán)利要求9的特征的方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中列出。
[0008]根據(jù)權(quán)利要求1，為了實(shí)現(xiàn)持久性的連接，軸和一個(gè)葉輪或若干葉輪借助螺栓連接部拼接在一起，其中，葉輪的軸向突出的輪轂隆起部的外螺紋被指定用于接納一體式地與軸連接的軸套或軸螺母。在如下最終位置中，軸螺母在輪轂隆起部的錐體處定心，在該最終位置中固定地?cái)Q緊由不同原料制成的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的用于渦輪動(dòng)子的由不同原料制成的構(gòu)件的螺栓連接部能簡單地進(jìn)行制造、能毫無問題進(jìn)行裝配并且因此可以低成本地實(shí)現(xiàn)。有利地，通過根據(jù)本發(fā)明的拼接連接部進(jìn)一步使葉輪相對于軸定心和固定。定心改進(jìn)了對實(shí)施為渦輪和壓縮機(jī)輪的葉輪相對于軸的定位，特別是同軸性以及呈直角的取向，這對使用壽命起有利的作用。根據(jù)本發(fā)明的螺栓連接部適于持久性地承受潛在地高的力引入或轉(zhuǎn)矩引入，或者對它們進(jìn)行傳遞。此外視要求而定地，拼接連接部能夠?qū)崿F(xiàn)對渦輪動(dòng)子例如RaAx-渦輪(徑向和軸向輻射式的渦輪)的所有的構(gòu)件的機(jī)械最終加工，以及能夠?qū)崿F(xiàn)渦輪動(dòng)子的平衡。此外，在渦輪動(dòng)子的由不同的材料制成的構(gòu)件之間產(chǎn)生?400K(?130°C )的溫度差異的情況下，符合任務(wù)要求的根據(jù)本發(fā)明的螺栓連接有利地確保了本身工藝可靠的、形狀鎖合(formschliissig)的和力鎖合的連接。此外，根據(jù)本發(fā)明的措施能夠?qū)崿F(xiàn)更嚴(yán)格的制造公差和位置公差，它們對設(shè)計(jì)用于?250，OOOU/min的轉(zhuǎn)速的廢氣渦輪增壓機(jī)的運(yùn)行起著有益的作用。
[0009]針對渦輪動(dòng)子的由不同材料制成的構(gòu)件優(yōu)選提供了:葉輪由不含鐵的原料制成，而軸由鋼制成。包括軸向突出的輪轂隆起部在內(nèi)的渦輪動(dòng)子的渦輪和壓縮機(jī)輪優(yōu)選可以由因科鎳合金或可相比較的耐高溫的原料以精密鑄造工藝制成。隨后進(jìn)行再加工，在再加工中，在葉輪與軸連接成單元也就是渦輪動(dòng)子之前，例如利用切削加工在輪轂隆起部上制成外螺紋、錐體以及凹槽或環(huán)形槽。緊接著對渦輪動(dòng)子進(jìn)行最終加工，在該最終加工時(shí)，至少對各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行精制，以便實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。
[0010]用于輪轂隆起部的外螺紋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施為矮牙的梯形螺紋。優(yōu)選地，矮牙的美制螺紋5/16 14 STUB ACME適用于此，其能用于大的力傳遞，該大的力傳遞例如在強(qiáng)烈加速以及廢氣渦輪增壓機(jī)的快速加速的情況下出現(xiàn)。此外，在整個(gè)螺紋長度上形狀鎖合地與軸螺母的相應(yīng)的內(nèi)螺紋共同作用的外螺紋防止了震動(dòng)引起的或者振蕩引起的松動(dòng)現(xiàn)象，該松動(dòng)現(xiàn)象由內(nèi)燃機(jī)所傳遞或通常在廢氣渦輪增壓機(jī)中產(chǎn)生。所選出的梯形螺紋對于在葉輪的輪轂隆起部上得出的大小比例來說是理想的。基于輪轂隆起部的在尺寸上的給定條件，可以將螺栓連接部限制在最大2個(gè)螺距，以便提供緊湊的、結(jié)構(gòu)空間最佳的拼接連接部，該拼接連接部對于持久性連接來說是足夠進(jìn)行規(guī)格確定的。顯然，可以視需要而定地使用包括多于2個(gè)受載的螺距的螺栓連接部。此外，本發(fā)明并不限于前面提到的螺紋。備選地，例如可以使用根據(jù)DIN 380的矮牙的梯形螺紋。此外，根據(jù)本發(fā)明還可以使用其他的螺紋形式，譬如右旋或左旋地實(shí)施的米制的ISO螺紋(DIN 13)或者惠氏螺紋。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，矮牙的梯形螺紋借助圓周銑削引入到輪轂隆起部中以及軸螺母中。圓周式的螺紋銑削是針對短牙螺紋和指定的原料為加工中心專門開發(fā)的。在此使用的圓周螺紋銑刀擁有高的持久性，從而能以高的制作質(zhì)量可重復(fù)地制成矮牙的梯形螺紋。圓周銑削可以根據(jù)本發(fā)明通過傳統(tǒng)的銑削或者通過如下的另外的合適的切削方法來代替，利用其能為螺栓連接部制成符合要求的齒部質(zhì)量。
[0012]以下尺寸適于葉輪的輪轂隆起部的結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)方案，長度12mm，并且直徑D ( 10mm。作為最佳措施地，長度S ( 9mm，并且直徑D彡8mm被證明是特別適宜的。因此，比較小地確定了輪轂隆起部的規(guī)格，據(jù)此，有利地減少了溫度穩(wěn)定的且成本高昂的原料的所必需的材料投入。然而，本發(fā)明并不限于輪轂隆起部的前面提到的設(shè)計(jì)尺寸。
[0013]針對此外根據(jù)本發(fā)明所設(shè)置的對軸的定心，在輪轂隆起部處設(shè)置有錐體，該錐體優(yōu)選在針對外部的梯形螺紋的圓周銑削工序之后制成。錐體以有利的方式與輪轂隆起部的外螺紋聯(lián)接，其中，軸例如也能在布置在輪轂隆起部的端側(cè)的錐體處定心。結(jié)構(gòu)上的錐體設(shè)計(jì)規(guī)定，朝著葉輪的輪轂增大的錐體具有< 1.5mm的長度，并且具有<35°的角度α。根據(jù)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，錐體被限制在Imm的長度并且形成約25度的角度。通過在軸上的錐體貼靠部定心的葉輪促成了所期望的呈直角的取向并且使渦輪動(dòng)子的平衡得到了簡化。
[0014]與輪轂隆起部的外螺紋相對應(yīng)地，在軸的軸螺母的盲孔狀的孔中引入了內(nèi)螺紋，該孔建立了在渦輪動(dòng)子的葉輪之間的連接。此外，軸螺母具有在端側(cè)的容納部，該容納部與輪轂隆起部的錐體互補(bǔ)地實(shí)施。
[0015]為了固定螺栓連接部并且進(jìn)行定心，在錐體后面將實(shí)施為環(huán)形槽的凹槽引入到輪轂隆起部中。在輪轂隆起部與軸螺母的擰緊完成之后，對軸原料的卷邊凸緣進(jìn)行至少一個(gè)局部的、到凹槽中的折邊。為了有效地固定螺栓連接部，在圓周上的約0.4mm的折邊就足夠了。
[0016]此外，開頭所述的任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求9的方法解決。該方法涉及到持久性地將軸與用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓機(jī)中的渦輪動(dòng)子的至少一個(gè)葉輪拼接在一起，并且包括以下步驟。A)加工葉輪:首先在葉輪的軸向突出的輪轂隆起部上借助圓周式的螺紋銑削工藝施加外螺紋。然后在葉輪的輪轂隆起部的在外螺紋后面的區(qū)段中制成錐體以及凹槽或環(huán)形槽。B)加工軸:首先借助圓周式的螺紋銑削工藝將內(nèi)齒部引入到軸螺母