增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法與連接結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法與連接結(jié)構(gòu),根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作溫度和最大工作扭矩以及渦輪葉輪和轉(zhuǎn)軸材料的熱膨脹系數(shù),通過合理設(shè)計渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù)和裝配工藝參數(shù),進(jìn)行渦輪葉輪的圓錐外螺紋、180°過渡圓弧與A端面以及轉(zhuǎn)軸的圓錐內(nèi)螺紋與B端面的加工,采取加熱轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的措施,按照確定的擰緊力矩,通過螺紋旋緊將渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸裝配在一起,然后再按照渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù),對完成圓錐螺紋裝配的渦輪轉(zhuǎn)軸進(jìn)行其他部位的加工。本發(fā)明可實現(xiàn)增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸之間的可靠連接,能夠滿足增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸的連接強度要求,而且工藝過程簡單,易于實現(xiàn)工程化應(yīng)用。
【專利說明】增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法與連接結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車用渦輪增壓【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法與連接結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪轉(zhuǎn)軸是渦輪增壓器的關(guān)鍵部件之一,由渦輪葉輪和轉(zhuǎn)軸連接而成。由于渦輪轉(zhuǎn)軸在工作過程中高速旋轉(zhuǎn),渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的連接強度不僅影響著渦輪轉(zhuǎn)軸的可靠性,而且影響著整個渦輪增壓器的可靠性。目前,車用渦輪增壓器的渦輪葉輪主要采用鑄造鎳基高溫合金K418材料,轉(zhuǎn)軸采用42CrMo合金鋼材料。對于由K418合金制造的渦輪葉輪和42CrMo合金鋼制造的轉(zhuǎn)軸,工程中普遍采用摩擦焊接、電子束焊接等工藝實現(xiàn)渦輪轉(zhuǎn)軸的可靠連接。但是,由于K418合金的密度為8.9X103kg / m3,由K418合金制造的渦輪葉輪轉(zhuǎn)動慣量比較大,發(fā)動機(jī)在起動和加速時的冒黑煙現(xiàn)象較為嚴(yán)重。
[0003]為降低渦輪增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,減弱發(fā)動機(jī)在起動/加速時的冒黑煙現(xiàn)象,車用增壓器渦輪葉輪可以采用比強度較高的鑄造鈦鋁合金材料。鈦鋁合金的密度為
3.87X 103kg / m3,約為K418合金密度的43%,同時,鈦鋁合金具有良好的高溫性能和抗氧化性能,采用鈦鋁合金制造的增壓器渦輪葉輪,能夠有效地降低渦輪增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,提高渦輪增壓發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)性,改善發(fā)動機(jī)性能。由于鈦鋁合金材料屬于金屬間化合物,采用常規(guī)的焊接方法,很難實現(xiàn)鈦鋁合金渦輪葉輪與42CrMo合金轉(zhuǎn)軸之間的可靠連接,難以滿足車用增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸的連接強度要求。
[0004]在增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸連接方面,專利號分別為97125874.0和200810110548.6的兩個專利公開了一種采用機(jī)械過盈連接方法實現(xiàn)鈦鋁合金渦輪與42CrMo合金轉(zhuǎn)軸連接的技術(shù)途徑。專利號為201310166758.8的專利公開了一種采用過盈螺紋和銷釘防松動相結(jié)合的渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸連接方法與連接結(jié)構(gòu),該連接方法與連接結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)渦輪轉(zhuǎn)軸的可靠連接,但是存在鈦鋁渦輪葉輪內(nèi)螺紋以及銷釘孔加工難度大的問題。專利號為201310250054.9的專利公開了一種鈦鋁渦輪和轉(zhuǎn)軸的雙圓弧自鎖過盈螺紋連接方法與結(jié)構(gòu),該連接方法與連接結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)渦輪轉(zhuǎn)軸的可靠連接,但是存在鈦鋁渦輪葉輪雙圓弧內(nèi)螺紋加工難度大、螺紋過盈量難以有效保證等問題。專利號為201310294220.5的專利公開了一種鈦鋁渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的通孔連接方法與連接結(jié)構(gòu),該連接方法與連接結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)渦輪轉(zhuǎn)軸的可靠連接,但是鈦鋁渦輪葉輪中心需要加工通孔,這會造成渦輪葉輪心部強度的顯著降低。專利號為201310384372.4的專利公開了一種鈦鋁增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸的螺紋過盈鎖緊連接方法與連接結(jié)構(gòu),該連接方法與連接結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)渦輪轉(zhuǎn)軸的可靠連接,但是螺紋的過盈量加工難度大,且在渦輪轉(zhuǎn)軸上需要安裝銷釘,加大了渦輪轉(zhuǎn)軸的動平衡難度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明針對增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸之間的連接問題,提出一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法與連接結(jié)構(gòu)。通過合理設(shè)計渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù)以及裝配工藝參數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸之間的持久可靠連接,滿足增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸的連接強度要求。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu),包括增壓器渦輪葉輪2和轉(zhuǎn)軸1,其特征在于:所述轉(zhuǎn)軸I采用圓錐內(nèi)螺紋,所述渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸螺紋配合部分采用圓錐外螺紋,從渦輪端看所述圓錐螺紋的旋向與渦輪轉(zhuǎn)軸工作時的轉(zhuǎn)動方向相同,圓錐螺紋的錐度Θ為4-10°,所述渦輪葉輪的背盤與螺紋過渡部分有180°過渡圓弧,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間有間隙,間隙大小為1-3倍螺紋螺距。
[0008]優(yōu)選轉(zhuǎn)軸I上圓錐內(nèi)螺紋的螺紋長度為0.6-1.2倍螺紋公稱直徑,螺距為0.05-0.08倍螺紋公稱直徑。此范圍的螺紋長度和螺距有利于裝配的牢固。
[0009]優(yōu)選渦輪葉輪2與轉(zhuǎn)軸螺紋配合部分采用的圓錐外螺紋的長度比轉(zhuǎn)軸I上圓錐內(nèi)螺紋的螺紋長度小1-2倍螺距,便于裝配。
[0010]一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法,包括以下步驟:
[0011]a、確定渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù):根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù),確定渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),轉(zhuǎn)軸采用圓錐內(nèi)螺紋,螺紋長度為0.6-1.2倍螺紋公稱直徑;渦輪葉輪采用圓錐外螺紋,外螺紋長度比轉(zhuǎn)軸內(nèi)螺紋長度小1-2倍螺距,螺距為0.05-0.08倍螺紋公稱直徑;圓錐螺紋的錐度角Θ為4-10° ;從渦輪端看,螺紋旋向與渦輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動方向相同;渦輪葉輪的背盤與圓錐外螺紋之間有180°過渡圓弧,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間有間隙,間隙大小為1-3倍螺紋螺距;
[0012]b、確定渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋裝配工藝參數(shù):根據(jù)渦輪葉輪和轉(zhuǎn)軸材料的熱膨脹系數(shù)以及渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作溫度和最大工作扭矩,確定渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸在螺紋裝配過程中的擰緊力矩以及轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的加熱溫度;
[0013]C、渦輪葉輪圓錐外螺紋和180°過渡圓弧以及A端面的加工:按照步驟a中確定的渦輪葉輪圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),加工渦輪葉輪的圓錐外螺紋、180°過渡圓弧以及A端面;
[0014]d、轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋與B端面的加工:按照步驟a中確定的轉(zhuǎn)軸圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),加工轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋與B端面;
[0015]e、渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的螺紋裝配:采取加熱轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的措施,按照步驟b中確定的擰緊力矩,通過螺紋旋緊將渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸裝配在一起;
[0016]f、按照渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù),對完成圓錐螺紋裝配的渦輪轉(zhuǎn)軸進(jìn)行其他部位的加工。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法與連接結(jié)構(gòu),通過合理設(shè)計渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸圓錐螺紋的結(jié)構(gòu)參數(shù)與裝配工藝參數(shù),可以實現(xiàn)增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸的可靠連接,能夠解決鈦鋁合金渦輪葉輪與42CrMo合金轉(zhuǎn)軸之間連接問題。采用圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)以及在裝配過程中采取加熱內(nèi)螺紋部位和控制擰緊力矩的措施可以有效地實現(xiàn)螺紋的過盈連接,保證渦輪轉(zhuǎn)軸的連接強度。渦輪葉輪采用圓錐外螺紋可以更好地保證渦輪葉輪在工作過程中受熱后,螺紋連接部位不松脫。在渦輪葉輪的輪背與螺紋段之間采用180°過渡圓弧,可以避免產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。渦輪轉(zhuǎn)軸在完成過螺紋裝配的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行其他部位的加工,可以提高渦輪轉(zhuǎn)軸的整體加工精度。該連接方法與連接結(jié)構(gòu)簡單易行,連接強度持久可靠,能夠滿足車用增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸的工程化應(yīng)用需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]I轉(zhuǎn)軸2渦輪葉輪
【具體實施方式】
[0021]一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu),包括增壓器渦輪葉輪和轉(zhuǎn)軸,其特征在于,所述轉(zhuǎn)軸采用圓錐內(nèi)螺紋,螺紋長度為0.6-1.2倍螺紋公稱直徑,螺距為
0.05-0.08倍螺紋公稱直徑,所述渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸螺紋配合部分有圓錐外螺紋,圓錐外螺紋的長度比轉(zhuǎn)軸內(nèi)螺紋長度小1-2倍螺距,從渦輪端看所述圓錐螺紋的旋向與渦輪轉(zhuǎn)軸工作時的轉(zhuǎn)動方向相同,圓錐螺紋的錐度角Θ為4-10°,所述渦輪葉輪的背盤與螺紋過渡部分有180°過渡圓弧,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間有間隙,間隙大小為1-3倍螺紋螺距。
[0022]一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法,包括以下步驟:
[0023]a、確定渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù),確定渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),轉(zhuǎn)軸采用圓錐內(nèi)螺紋,螺紋長度為0.6-1.2倍螺紋公稱直徑,螺距為0.05-0.08倍螺紋公稱直徑;渦輪葉輪采用圓錐外螺紋,外螺紋長度比轉(zhuǎn)軸內(nèi)螺紋長度小1-2倍螺距;螺紋錐度角Θ為4-10°,從渦輪端看,螺紋旋向與渦輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動方向相同;渦輪葉輪的背盤與圓錐外螺紋之間有180°過渡圓弧,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間有間隙,間隙大小為1-3倍螺紋螺距,如圖1所示。例如,對于渦輪葉輪直徑為Φ95πιπι、轉(zhuǎn)軸與軸承接觸部位的直徑為Φ 14mm、從渦輪端看轉(zhuǎn)動方向為左旋的渦輪轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸的圓錐內(nèi)螺紋尺寸參數(shù)為ZM18X1-H7H7-LH,內(nèi)螺紋長度為18mm,錐度Θ為8°,渦輪葉輪的圓錐外螺紋尺寸參數(shù)為ZM18X l-p6p6-LH,外螺紋長度為15mm,渦輪葉輪背盤與外螺紋之間的180°過渡圓角為Rl.5,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間的間隙為2mm。
[0024]b、確定渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋裝配工藝參數(shù)。根據(jù)渦輪葉輪和轉(zhuǎn)軸材料的熱膨脹系數(shù)以及渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作溫度和最大工作扭矩,確定渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸在螺紋裝配過程中的擰緊力矩以及轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的加熱溫度;例如,對于渦輪葉輪直徑為Φ95πιπι、轉(zhuǎn)軸與軸承接觸部位的直徑為Φ 14mm、渦輪葉輪表面工作溫度為750°C、最大工作扭矩為60N.m,渦輪葉輪材料為鈦鋁合金、轉(zhuǎn)軸材料為42CrMo合金的增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸,渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸在螺紋裝配過程中轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的加熱溫度為550°C,擰緊力矩為150N.m。
[0025]C、渦輪葉輪圓錐外螺紋、180°過渡圓弧以及A端面的加工,按照步驟a中確定的渦輪葉輪圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),加工渦輪葉輪的圓錐外螺紋、180°過渡圓弧以及A端面;
[0026]d、轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋與B端面的加工,按照步驟a中確定的轉(zhuǎn)軸圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),加工轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋與B端面;
[0027]e、渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的螺紋裝配,采取加熱轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的措施,按照步驟b中確定的擰緊力矩,通過螺紋旋緊將渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸裝配在一起。
[0028]f、按照渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù),對完成圓錐螺紋裝配的渦輪轉(zhuǎn)軸進(jìn)行其他部位的加工。
[0029]對于渦輪葉輪直徑為Φ95πιπι、轉(zhuǎn)軸與軸承接觸部位的直徑為Φ 14mm、從渦輪端看轉(zhuǎn)動方向為左旋、渦輪葉輪表面工作溫度為750°C、最大工作扭矩為60N.m、渦輪葉輪材料為鈦鋁合金、轉(zhuǎn)軸材料為42CrMo合金的增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸,優(yōu)選渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù)為:轉(zhuǎn)軸的圓錐內(nèi)螺紋尺寸參數(shù)為ZM18X1-H7H7-LH,內(nèi)螺紋長度為18mm,螺紋錐度角Θ為8°,渦輪葉輪的圓錐外螺紋尺寸參數(shù)為ZM18Xl-p6p6-LH,外螺紋長度為15_,渦輪葉輪背盤與外螺紋之間的180°過渡圓角為Rl.5,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間的間隙為2_。渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸在螺紋裝配過程中優(yōu)選的裝配工藝參數(shù)為:轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的加熱溫度為400°C _600°C,擰緊力矩為120N.m-200N.m。
【權(quán)利要求】
1.一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法,包括以下步驟: a、確定渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù):根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù),確定渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),轉(zhuǎn)軸采用圓錐內(nèi)螺紋,螺距為0.05-0.08倍螺紋公稱直徑,螺紋長度為0.6-1.2倍螺紋公稱直徑;渦輪葉輪采用圓錐外螺紋,外螺紋長度比轉(zhuǎn)軸內(nèi)螺紋長度小1-2倍螺距;螺紋錐度角Θ為4-10° ;從渦輪端看,螺紋旋向與渦輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動方向相同;渦輪葉輪的背盤與圓錐外螺紋之間有180°過渡圓弧,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間有間隙,間隙大小為1-3倍螺紋螺距; b、確定渦輪轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋裝配工藝參數(shù):根據(jù)渦輪葉輪和轉(zhuǎn)軸材料的熱膨脹系數(shù)以及渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作溫度和最大工作扭矩,確定渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸在螺紋裝配過程中的擰緊力矩以及轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的加熱溫度; C、渦輪葉輪圓錐外螺紋和180°過渡圓弧以及A端面的加工:按照步驟a中確定的渦輪葉輪圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),加工渦輪葉輪的圓錐外螺紋、180°過渡圓弧以及A端面; d、轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋與B端面的加工:按照步驟a中確定的轉(zhuǎn)軸圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu)參數(shù),加工轉(zhuǎn)軸的圓錐內(nèi)螺紋與B端面; e、渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的螺紋裝配:采取加熱轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的措施,按照步驟b中確定的擰緊力矩,通過螺紋旋緊將渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的裝配在一起; f、按照渦輪轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù),對完成圓錐螺紋裝配的渦輪轉(zhuǎn)軸進(jìn)行其他部位的加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接方法,其特征在于:在步驟e中,轉(zhuǎn)軸圓錐內(nèi)螺紋部位的加熱溫度為400°C _600°C,擰緊力矩為120N.m-200N.m。
3.一種增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu),包括增壓器渦輪葉輪(2)和轉(zhuǎn)軸(1),其特征在于:所述轉(zhuǎn)軸(I)采用圓錐內(nèi)螺紋,所述渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸螺紋配合部分采用圓錐外螺紋,從渦輪端看所述圓錐螺紋的旋向與渦輪轉(zhuǎn)軸工作時的轉(zhuǎn)動方向相同,圓錐螺紋的錐度角Θ為4-10。,所述渦輪葉輪的背盤與螺紋過渡部分有180°過渡圓弧,渦輪葉輪A端面與轉(zhuǎn)軸B端面之間有間隙,間隙大小為1-3倍螺紋螺距。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu),其特征在于:所述轉(zhuǎn)軸(I)上圓錐內(nèi)螺紋的螺紋長度為0.6-1.2倍螺紋公稱直徑,螺距為0.05-0.08倍螺紋公稱直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增壓器渦輪葉輪與轉(zhuǎn)軸的圓錐螺紋連接結(jié)構(gòu),其特征在于:所述渦輪葉輪(2)與轉(zhuǎn)軸螺紋配合部分采用的圓錐外螺紋的長度比轉(zhuǎn)軸(I)上圓錐內(nèi)螺紋的螺紋長度小1-2倍螺距。
【文檔編號】B23P11/02GK103846613SQ201410055009
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】王正, 王增全, 王晉偉, 張繼忠, 王阿娜, 門日秀, 郭凱 申請人:中國北方發(fā)動機(jī)研究所(天津)