技术领域
[0001] 本实用新型涉及车用
涡轮增压器领域，尤其涉及一种车用
涡轮增压器涡轮与转轴的连接结构。
背景技术
[0002] 车用涡轮增压器主体结构通常包含三部分，如图1所示，包括吸收高温废气
能量的
涡轮机300(包括涡轮，涡壳及流道，及附属机构)、传递能量的中间体
轴承系统200(包括轴承
定子，
转子，及冷却润滑机构)以及压缩新鲜空气的
压气机100(包括压轮，压壳及流道，及附属机构)。其中涡轮机的主要功能是引导
发动机高温排气高效率的进行膨胀做工来驱动涡轮旋转，以便将吸收的排气能量转换成
旋转机械能，通过转轴传递至压气机完成对新鲜进气的压缩。涡轮机的核心部件之一是涡轮，因为需要耐受高温排气(对于
汽油机废气
温度可能高达1050摄氏度)引起的热应
力和高转速(最高可超过25万转每分钟)引起的
离心力，此外还需要有足够的抗
氧化能力(发动机排气包含氮氧化物，硫化物和其他氧化物等，冷却后和
水汽结合形成酸性
腐蚀物质)，因此需要极高强度耐受
热机耦合
应力，以及化学
稳定性，良好的抗蠕变强度、抗热疲劳性能和抗氧化性能，满足寿命和性能的设计需求。现在常用的材料是航空级别的镍基超级
合金，典型牌号如Inco713和MarM247。与此对应的是，中间转轴一般采用高强度模具
钢材质，可以有很好的可加工性，以及承受高转速的能力。涡轮和中间转轴一般采用
焊接方式连接在一起，目前增压器制造行业已经有非常成熟的工艺来实现，典型的包括
电子束焊或者摩擦焊，能够适应不同的设计和使用条件。图2显示了涡轮与转轴的焊接连接结构，包括焊接面1，焊接面1左侧为转轴2的部分，一般为钢材质，右侧的部位为涡轮3，一般为镍基合金材质。镍基合金材质的涡轮的主要缺点是
密度过大，导致
转动惯量和
质量过大，影响整个转子总成的瞬态和稳态性能，导致涡轮增压器
迟滞和其他性能问题，由于发动机小型化，要求的功率密度越来越大，最大
扭矩转速要求越来越低，目前涡轮的转动惯量和质量过大的问题会越来越凸显。
[0003] 为此，涡轮材料的轻量化是一个研究方向，采用更好的航空级别材料，如
钛铝合金来
铸造涡轮是一个很好的选择。其高机械强度，高耐温特性，以及高耐腐蚀能力能够很好的满足车用涡轮增压器的使用要求，并且其密度下降约40～50％，能够极大的减少转子的转动惯量，给涡轮增压器带来显著的性能提升，特别是瞬态性能提升。但是钛
铝合金涡轮与钢材质中间转轴的焊接一直是一个技术难题，焊接难度和成本大，可靠性无法满足大批量生产的需求。实用新型内容
[0004] 有鉴于
现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是找到一种替代转轴与涡轮焊接连接的连接结构。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用新型的
螺纹连接结构，来代替焊接工艺，有效连接涡轮和转轴，从而避免了焊接工艺上的难度，并且也因此可以带来一些额外的价值和优势。具体地，本实用新型提供的技术方案如下：
[0006] 一种车用涡轮增压器涡轮与转轴的连接结构，连接结构包括转轴和涡轮，转轴和涡轮通过螺纹固定连接，螺纹的紧固方向与涡轮的工作转动方向相同。
[0007] 优选地，转轴的一端具有凸部，涡轮具有容纳凸部的
盲孔，凸部和盲孔分别具有可相互配合的
外螺纹与
内螺纹。
[0008] 进一步地，转轴上设置有可容纳
活塞环的槽。
[0009] 优选地，涡轮具有连接部，连接部从涡轮的中心向转轴一侧延伸，盲孔位于连接部中。
[0010] 进一步地，连接部上设置有可容纳
活塞环的槽。
[0011] 优选地，盲孔的内螺纹两侧和凸部的外螺纹两侧还设有可相互配合的一组导向部位，用于使转轴与涡轮保持高同心度，该可相互配合的一组导向部位采用
过盈配合。
[0012] 优选地，过盈配合采用点
接触方式或阶梯式方式或点接触与阶梯式组合的方式。
[0013] 优选地，点接触方式中凸部的截面为类多边形；类多边形的边数可根据转轴的直径调整。
[0014] 优选地，凸部的截面为类三
角形或类四边形。
[0015] 优选地，涡轮具有凸部，凸部从涡轮中心向转轴一侧延伸，转轴的一端具有容纳凸部的盲孔，凸部和盲孔分别具有可相互配合的外螺纹与内螺纹。
[0016] 进一步地，盲孔的内螺纹两侧和凸部的外螺纹两侧还设有可相互配合的一组导向部位，用于使转轴与涡轮保持高同心度，该可相互配合的一组导向部位采用过盈配合。
[0017] 优选地，过盈配合采用点接触方式或阶梯式方式或点接触与阶梯式组合的方式。
[0018] 进一步地，转轴上设置有可容纳活塞环的槽。
[0019] 本实用新型提供的车用涡轮增压器涡轮与转轴的连接结构解决了现有技术在焊接上的技术难题，可以应用在现有设计中简化生产工艺降低制造成本，或者应用在钛铝合金涡轮应用上，解决和钢质转轴焊接难度高的问题。与现有技术相比，本实用新型所提供的技术具有以下优点：
[0020] 1、本实用新型采用
螺纹连接的方式，避开焊接，保证了质量的同时也可以保证产率；
[0021] 2、本实用新型在螺纹前后增加过盈配合的导向孔，保证了转轴和涡轮在较少的连接距离内保持同轴性；
[0022] 3、本实用新型的涡轮与转轴配合采用点接触方式，既能保证同轴性，同时减少了过盈接触面积，降低了
摩擦力，可以降低安装的难度；同时点接触方式减少了接触面积，就可以减少涡轮传递到转轴上的热量；
[0023] 4、本实用新型的涡轮与转轴配合采用阶梯式方式，起到双重导向的作用，保证了转轴和涡轮在较少的连接距离内保持同轴性；
[0024] 5、本实用新型的涡轮与转轴配合采用点接触与阶梯式组合的方式，起到双重导向作用的同时，保证了同轴性，减少了过盈接触面积，降低了摩擦力，降低安装的难度；
[0025] 6、本实用新型整体采用盲孔设计，避免对涡轮的结构强度产生负面影响；
[0026] 7、本实用新型采用螺纹连接，因焊接所增加的工艺流程可以省掉，降低整个生产的成本和
节拍，节省装配过程的工序；
[0027] 8、本实用新型采用螺纹连接，可以避免
超声波检测，简化了制造工艺，提高生产效率；
[0028] 9、本实用新型采用螺纹连接，可以省掉焊接应力释放过程，简化了装配工序，提高生产效率；
[0029] 10、本实用新型采用螺纹连接，可以放松对动平衡的要求，提高产品的合格率，降低生产成本；
[0030] 11、本实用新型采用螺纹连接，密封环槽可以在转轴或者涡轮生产方直接加工，并且进行密封环的安装，这样可以节省装配工序，提高生产效率；
[0031] 以下将结合
附图对本实用新型的方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
[0032] 图1是车用涡轮增压器主体结构的示意图
[0033] 图2是车用涡轮增压器转轴和涡轮焊接结构示意图
[0034] 图3是本实用新型的
实施例1的涡轮与转轴的第一种连接结构的示意图[0035] 图4是本实用新型的实施例1的涡轮与转轴的第二种连接结构的示意图[0036] 图5是本实用新型的实施例2的涡轮与转轴的连接结构的示意图
[0037] 图6是本实用新型的转轴与涡轮的点接触配合方式的示意图
[0038] 图7是本实用新型的转轴的凸部的类三角形结构示意图
[0039] 图8是本实用新型的转轴的凸部的类四边形结构示意图
[0040] 图9是本实用新型的转轴与涡轮的阶梯式配合方式的示意图
[0041] 图10是本实用新型的转轴的凸部的三级阶梯式形状示意图
具体实施方式
[0042] 本实用新型提供的车用涡轮增压器涡轮与转轴的连接结构采用双导向螺纹盲孔的连接结构，代替焊接工艺，来连接钛合金涡轮与钢制转轴，回避焊接的技术难点。
[0043] 实施例1
[0044] 本实施例的车用涡轮增压器涡轮与转轴的连接结构包括转轴10和涡轮20，如图3所示。转轴10的一端具有凸部11，凸部11上设置有外螺纹。涡轮20上具有可与凸部11相配合的盲孔21，盲孔21内设置有内螺纹，使得涡轮20可与转轴10通过螺纹固定连接，螺纹连接的紧固方向与涡轮的工作转动方向相同，使得涡轮与转轴的连接结构具有自
锁紧能力，可以避免工作过程中的松脱保持稳固可靠的连接。盲孔21的内螺纹和凸部11的外螺纹两侧还分别设有可相互配合的一组导向部位22，该可相互配合的一组导向部位22被设置为过盈配合，具有
定心作用，可以保证在有限的连接距离上转轴与涡轮保持高同心度，从而控制整个转子的旋转
不平衡量维持在非常低的水平。为了使得安装方便，靠近盲孔开口一侧的导向部位直径略大一些，以免实际安装时凸部无法安装进盲孔中。由于本实施例的螺纹连接结构采用盲孔设计，还可以避免这种连接结构对于涡轮结构强度的过大影响，保证可靠性。
[0045] 为了进一步降低盲孔对涡轮结构强度的影响，本实施例中的涡轮20还可在靠近转轴一侧设置凸起的连接部23，如图4所示。该连接部23从涡轮20的中心向转轴10一侧延伸，穿设在中间体4和
隔热罩5中。盲孔21设置在连接部23上，与转轴10上的凸部11通过螺纹连接固定。连接部23上可以预设活塞安装槽和密封结构。
[0046] 实施例2
[0047] 本实施例的车用涡轮增压器涡轮与转轴的连接结构包括转轴10和涡轮20，如图5所示。本实施例与实施例1的设置方式相反，转轴10上设置有盲孔12，盲孔12内设置有内螺纹。而涡轮20上具有凸部24，凸部24上设有外螺纹，使得涡轮20可与转轴10通过螺纹固定连接，此时螺纹连接的紧固方向与涡轮的工作转动方向相同，使得涡轮与转轴的连接结构具有自锁紧能力，可以避免工作过程中的松脱保持稳固可靠的连接。盲孔12的内螺纹和凸部24的外螺纹两侧还分别设有可相互配合的一组导向部位13，该可相互配合的一组导向部位
13被设置为过盈配合，可以保证在有限的连接距离上中间转轴与涡轮保持高同心度，从而帮助控制整个转子的旋转不平衡量维持在非常低的水平。为了使得安装方便，靠近盲孔开口一侧的导向部位直径略大一些，以免实际安装时凸部无法安装进盲孔中。
[0048] 为了便于安装，无论是采用实施例1还是实施例2的连接方式，凸部与盲孔还可以采用点接触或阶梯式的配合方式，以此在保证导向部位的
定位作用的同时减少过盈配合带来的摩擦力的增大。如图6-8所示为凸部与盲孔的导向部位点接触方式配合方式，此时凸部的截面为类多边形结构，本较佳实施例中的凸部采用类三边形和类四边形结构，保持了凸部上外螺纹两侧的导向部位与盲孔上内螺纹两侧的导向部位至少有三点接触，使得中间转轴与涡轮保持高同心度。如图9-10所示为凸部与盲孔的导向部位阶梯式配合方式，此时转轴上的三级阶梯式凸部设计起到了双重导向的作用，保证了转轴和涡轮在较少的连接距离内保持同轴性。在其他的实施方式中，凸部与盲孔还可采用点接触方式与阶梯式方式组合的配合方式，以进一步在提高同轴性的同时减少过盈配合带来的摩擦力增大的问题。
[0049] 与现有技术的焊接连接方式相比，本实用新型提供的螺纹连接方式具有很多优势。采用焊接连接，必然导致焊接部位的内应力，这个内应力会在涡轮增压器的使用过程中伴随着交变的温度和转速变化逐步释放出来，导致转子平衡水平逐步恶化从而带来的噪音问题甚至失效。所以在焊接工艺中，必不可少需要考虑这个应力释放的客观存在，从而用专
门的工艺检测焊接质量避免
缺陷，同时需要使用合适的工艺方法尽可能在焊接完成后动平衡修正前释放焊接导致的内应力。采用本实用新型的螺纹连接结构，避免了焊接的过程，得以从根本上避免了这个问题，简化检测和释放内应力的工艺流程，加快了生产节拍和降低了成本。
[0050] 焊接应力释放的第二个问题是，在
制造过程中，因为考虑到内应力的逐步释放导致的转子动平衡的恶化，被迫在新产品上用加严控制不平衡量的制造标准，来保证产品的整个生命周期内不会超过允许的平衡限制。采用本实用新型的螺纹连接结构，避免了焊接工艺和其必然带来的内应力释放问题，使得无需因为考虑加严控制的问题，使得在制造过程中的平衡需求降低，达到降低制造成本，包括可以降低对制造设备的需求，达到降低生产成本。
[0051] 另外，由于中间转轴和涡轮之间无需预装，从而可以使用同一个轴同时供不同旋转方向的涡轮使用(包括顺
时针和逆时针)，这对于降低产品零件数目，库存数目等，都有好处。
[0052] 最后，可以将用于油气密封的活塞环安装槽预先加工在涡轮上(当采用如图4所示连接方式时)或者转轴上(当采用如图3或图5所示连接方式时)，因为在现有技术的焊接工艺过程中，考虑到焊接过程必然导致
变形，所以只在在焊接工艺后，再单独做一次活塞环槽的加工。若采用螺纹连接方式，则可以避免这个流程，从而加快生产节拍和降低成本。
[0053] 以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多
修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的
基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由
权利要求书所确定的保护范围内。
