一種使用滾珠全浮動軸承的渦輪增壓器的制作方法

本發明涉及渦輪增壓器領域，特別是涉及一種使用滾珠全浮動軸承的渦輪增壓器。

背景技術：

渦輪增壓器依靠發動機排出的廢氣推動，不進工作溫度高，而且轉子的轉速也極高，可達二十幾萬轉，常見的滾針或滾珠軸承無法滿足如此高的轉速要求。因此目前廢氣渦輪增壓器普遍采用全浮軸承，由發動機機油來進行潤滑和冷卻，全浮式軸承即軸與軸套之間一定徑向間隙，全靠一定壓力的潤滑油將轉子浮起。增壓器的轉子支承是采用內支撐形式，全浮式軸在位于兩葉輪之間的中間體內，通常有兩個浮動軸承在兩端支撐，轉子的軸向力靠止推軸承面來承受。全浮動軸承結構的增壓器有一個缺點，就是增壓的滯后性，造成這種情況的原因是由于增壓器轉子的慣性及摩擦力作用是的其對車輛油門驟時變化反應遲緩，從而使發動機延遲增加功率，具體體現在突然加速或超車時，瞬間會有提不上勁的感覺，同時由于浮動軸承的摩擦較大，使用壽命短，且對潤滑機油的要求高。

由于市場對乘用車的提速性有相當的需求，對針對增壓器的遲滯問題，目前行業認為采用滾珠軸承技術是最有效途徑之一。其實，滾珠軸承增壓器早已在高性能運動型汽車上已經廣泛應用，并且增壓器的遲滯性得到明顯的改善，但是由于滾珠軸承的增壓器轉速低，最高只能達到十幾萬轉，無法達到現有全浮軸承的二十幾萬轉的要求(超速試驗要求已達到三十多萬轉\min)；滾珠軸承結構復雜，成本高，壽命大概只有現有全浮軸承增壓器壽命的20％-40％；另外，滾珠軸承達到十幾萬轉后，其實已經接近于浮動軸承的狀態(由油膜支承轉軸，而不是滾珠的滾動)；根據公開的石川島播磨公司的論文“用懸浮式滾動軸承延長渦輪增壓器壽命”中的試驗，基于一臺汽油機發動機，在全負荷狀況下測量了穩態扭矩和增加的壓力，結果表明，接近怠速的扭矩提高了10％。但相對于全浮軸承增壓器，滾軸軸承增壓器的優勢主要是在增壓器全轉速的前半階段。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種使用滾珠全浮動軸承的渦輪增壓器，采用結構新穎的滾珠全浮動軸承來代替原來的全浮動軸承，可明顯減小增壓器的遲滯性，效率較高，提高了增壓器的可靠性和壽命，結構簡單可靠，研發成本低，裝配工藝簡單；匹配應用簡單，成本相對較低，可以較快向市場推廣應用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種使用滾珠全浮動軸承的渦輪增壓器，包括增壓器殼體和轉軸，所述的轉軸從增壓器殼體內部穿過與兩端的渦輪葉輪相連，所述的轉軸的中部通過軸向布置的若干個滾珠全浮動軸承與增壓器殼體相連，所述的滾珠全浮動軸承包括軸承本體和彈簧圈，所述的軸承本體的側壁上沿著軸向布置有至少一圈通孔，每圈通孔由若干個繞著圓周均勻布置的通孔組成，每圈通孔中至少有三個均勻布置的通孔中布置有沿著軸承本體徑向移動的滾珠，所述的軸承本體上與每圈通孔相對應的位置布置有環槽，該環槽內安裝有與滾珠相接觸的彈簧圈。

作為優選，所述的彈簧圈包括彈簧半環，所述的彈簧半環有兩條，其兩端分別在不同的端面沿著徑向圓弧開有插接缺口，兩條彈簧半環上的插接缺口相對應的相互插接組成一個完整的彈簧圈。

作為對上述優選方法的補充說明，所述的彈簧半環的圓弧開口角度為140°，所述的彈簧半環上的插接缺口的圓心角為40°。

作為另一種優選，所述的彈簧圈為一端開口的C形彈簧圈。

進一步的，所述的滾珠全浮動軸承的安裝位置與增壓器殼體內的油道相對應。

進一步的，所述的滾珠全浮動軸承有兩個，兩個滾珠全浮動軸承之間通過軸向布置的軸套限位。

進一步的，所述的增壓器殼體的一端安裝有軸承限位端蓋。

有益效果：本發明涉及一種使用滾珠全浮動軸承的渦輪增壓器，采用結構新穎的滾珠全浮動軸承來代替原來的全浮動軸承，安裝方便，當滾珠全浮動軸承在靜止或低速時，滾珠在彈簧圈的徑向束縛力作用下與轉軸緊接觸，此時軸承與轉軸間相當于滾珠軸承；當滾珠全浮動軸承轉速超過一定轉速時，滾珠的離心力作用于彈簧圈，使彈簧圈沿徑向擴大，滾珠隨之與轉軸分離，此時滾珠全浮動軸承相當于全浮動軸承，部分實現了對轉軸的動態控制，明顯提高了轉軸穩定性，摩擦阻力小，軸承效率提高，減小了高轉運轉阻力；滾珠全浮軸承結構體積與現有全浮軸承基本相同，可直接或微改現有全浮軸承渦輪增壓器的中間體平臺即可，裝配工藝簡單；對于不同要求的增壓器軸承系統，滾珠全浮軸承兩種狀態的轉速分界點亦不同。根據轉速分界點的轉速，可以確定此時滾珠的離心力，從而得到彈簧圈對滾珠的徑向束縛力。一般情況下，滾珠軸承為標準件，只需要對彈簧圈的彈力設計進行微調即可；可明顯減小增壓器的遲滯性；增壓器效率較高；提高了增壓器的可靠性和壽命。

附圖說明

圖1是本發明的主視半剖結構圖

圖2是本發明的現有的全浮動軸承的立體結構圖；

圖3是本發明的現有技術的主視半剖結構圖；

圖4是本發明的主視半剖局部放大結構圖；

圖5是本發明所述的滾珠全浮動軸承的第一種結構半剖結構圖；

圖6是本發明所述的滾珠全浮動軸承的第一種結構的彈簧圈的結構圖；

圖7是本發明所述的軸承本體的立體結構圖；

圖8是本發明所述的滾珠全浮動軸承的主視半剖結構圖；

圖9是本發明所述的滾珠全浮動軸承的第二種結構的半剖結構圖；

圖10是本發明所述的滾珠全浮動軸承的第二種結構的彈簧圈的立體結構圖；

圖11是本發明所述的滾珠全浮動軸承的第二種結構的彈簧圈的結構圖。

圖示：1、油道；2、增壓器殼體；3、轉軸；4、軸套；5、滾珠全浮動軸承；51、滾珠；52、軸承本體；53、彈簧圈；54、環槽；55、通孔；531、彈簧半環；532、插接缺口。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

如圖1-11所示，本發明的實施方式涉及一種使用滾珠全浮動軸承的渦輪增壓器，包括增壓器殼體2和轉軸3，所述的轉軸3從增壓器殼體2內部穿過與兩端的渦輪葉輪6相連，所述的轉軸3的中部通過軸向布置的若干個滾珠全浮動軸承5與增壓器殼體2相連，所述的滾珠全浮動軸承5包括軸承本體52和彈簧圈53，所述的軸承本體52的側壁上沿著軸向布置有至少一圈通孔55，每圈通孔55由若干個繞著圓周均勻布置的通孔55組成，每圈通孔55中至少有三個均勻布置的通孔55中布置有沿著軸承本體52徑向移動的滾珠51，所述的軸承本體52上與每圈通孔55相對應的位置布置有環槽54，該環槽54內安裝有與滾珠51相接觸的彈簧圈53。

其中滾珠全浮動軸承5上的滾珠環槽結構在軸向不止設計一個，可以根據應用的要求設計多個環槽54；每個環槽54中的滾珠51不一定要裝配于每一個孔，但每個環槽54結構中的滾珠51必須在圓周方向上均布，否則將影響滾軸全浮軸承的動平衡性。

作為本發明的一種實施例，當滾珠全浮動軸承在靜止或低速時，增壓器的轉軸的轉速低速狀態在8萬轉/min，而對應的滾珠全浮動軸承的轉速為2-3萬轉/min，而軸承在這樣的轉速下，如果是全浮動軸承，則發動機提供的油壓的較低，油膜支撐力小，對轉軸動態控制能力弱，如果是滾珠軸承，則滾珠對轉軸的支撐能力強，對轉軸動態控制能力強，在低速狀態下，滾珠全浮動軸承產生的離心力小于彈簧圈53對滾珠51的徑向束縛力，所以滾珠51在彈簧圈53的作用下與軸承內部的轉軸緊接觸，此時軸承與轉軸間相當于滾珠軸承，支撐能力強；

當滾珠全浮動軸承轉速超過一定轉速時，這個臨界的軸承轉速一般為4-5萬轉/min，此時滾珠全浮動軸承對滾珠51產生的離心力大于彈簧圈53對滾珠51的徑向束縛力，滾珠的離心力作用于彈簧圈53，使彈簧圈53沿徑向擴大，滾珠51隨之與轉軸分離，此時滾珠全浮動軸承相當于全浮動軸承，發動機提供的油壓上升，油膜的支撐力也提高，部分實現了對轉軸的動態控制，明顯提高了轉軸穩定性，摩擦阻力小，軸承效率提高，減小了高轉運轉阻力。

在車輛啟動加速的時候，使用滾珠軸承與全浮動軸承相比車輛的提速性更好，車輛接近怠速的扭矩提高了10％，加速性能縮短了10％。

當然，滾珠51的數量決定相同轉速下的離心力，而彈簧圈53的彈性力的設計和調校也很重要，決定了滾珠軸承與全浮動軸承轉化的臨界轉速，一個滾珠的離心力在軸承轉速在4-5萬轉/min時是16.88N-25.88N，如果是3個滾珠，則離心力是50.64N-77.64N；如果是6個滾珠，則離心力是101.28N-155.28N，彈簧圈3的彈性力可以根據這個數值進行設定。

作為優選，所述的彈簧圈53包括彈簧半環531，所述的彈簧半環531有兩條，其兩端分別在不同的端面沿著徑向圓弧開有插接缺口532，兩條彈簧半環531上的插接缺口532相對應的相互插接組成一個完整的彈簧圈，這種彈簧圈的結構采用半環式結構，彈簧半環531的裝配工藝是將彈簧半環531的開口擴大，沿軸承的徑向裝配進去，每個軸承環形槽中裝配有兩個彈簧半環531，左彈簧半環和右彈簧半環相同，且可通過彈簧半環531端口結構裝配為一體，裝配工藝可大大減小裝配對彈簧半環531的影響；所述彈簧半環531裝配于軸承后，在圓周方向上有兩個對稱的開口，可以明顯提高軸承的動平衡性。

作為對上述優選方法的補充說明，所述的彈簧半環531的圓弧開口角度為140°，所述的彈簧半環531上的插接缺口532的圓心角為40°，這個圓弧開口的大小會影響彈簧半圈裝配時，對彈簧半圈彈性的影響，同時也會影響彈簧半圈的彈性使用要求范圍。

作為另一種優選，所述的彈簧圈53為一端開口的C形彈簧圈，C形彈簧圈是比較常用的配件，價格便宜，加工方便。

作為進一步的補充，所述的滾珠全浮動軸承5的安裝位置與增壓器殼體2內的油道1相對應，實現對軸承的實時供油。

作為進一步的補充，所述的滾珠全浮動軸承5有兩個，兩個滾珠全浮動軸承5之間通過軸向布置的軸套4限位，防止滾珠全浮動軸承5的軸向移動。

作為進一步的補充，所述的增壓器殼體2的一端安裝有軸承限位端蓋7，方便轉軸3和滾珠全浮動軸承5的安裝。

本發明采用結構新穎的滾珠全浮動軸承來代替原來的全浮動軸承，可明顯減小增壓器的遲滯性，效率較高，提高了增壓器的可靠性和壽命，結構簡單可靠，研發成本低，裝配工藝簡單；匹配應用簡單，成本相對較低，可以較快向市場推廣應用。