螺旋内径槽轴颈轴承的制作方法

专利名称：螺旋内径槽轴颈轴承的制作方法
螺旋内径槽轴颈轴承技术领域
本文公开的主要内容大致涉及一种用于内燃发动机的涡轮机，具体地，涉及轴承 系统。
背景技术：
常规的涡轮增压器通常依赖于中心壳体旋转组件(CHRA)，所述中心壳体旋转组件 包括附接到轴的涡轮叶轮和压缩机叶轮，该轴通过一个或多个轴承可旋转地支撑在中心壳 体中。运行期间以及刚刚运行后，来自各源的热能会导致部件达到超过1000华氏度(538 摄氏度)的温度。热能源包括润滑剂膜(例如，旋转轴与轴承表面之间的润滑剂)的粘性 剪力，入口气体的粘性发热，摩擦发热等。诸如旋转部件质量、润滑剂性质、旋转速度等这样 的因素会影响热的生成。
高温会导致含碳润滑剂(例如油)的碳化，也被称为成焦或“焦化”。焦化会通过 多种机制加剧热生成和热滞留，并且随着时间过去，焦炭沉积会缩短被润滑的轴承系统的 寿命。例如，焦炭沉积会将轴承系统间隙减少到出现咬粘(seizure)(例如在轴承与轴之 间)的程度，导致轴承系统和涡轮增压器完全失效。在研发以高转速或在高温环境下运行 的涡轮增压器以及具有大质量旋转部件的涡轮增压器的过程中，应考虑这种现象。例如，采 用高强度材料，如钛(例如，钛制压缩机叶轮)作为旋转部件会增加旋转组件的质量，从而 增加热生成。
这里所述各种示例技术可减少焦化，并总体上减少涡轮增压器旋转组件的局部最 大运行温度。


可参照以下说明并联系附图，更完整地理解这里所述的各种方法、设备、系统、配 置等及其等同物，附图中
图1是涡轮增压器和内燃发动机的图2是现有技术中心壳体旋转组件的一系列剖视图3是示例性中心壳体旋转组件的一系列剖视图，该组件包括两个示例性轴颈轴 承；
图4是图3的组件的两个轴颈轴承和隔圈的剖视图5是图3的示例性轴颈轴承的端视图，该轴承包括三个开口和三个槽；
图6是示例性轴颈轴承的端视图，该轴承包括外通道；
图7是图3的示例性轴颈轴承的剖视图8是示例性轴颈轴承的两个侧视图和一个剖视图，该轴承包括外表面槽从而为 润滑剂开口提供流径；
图9是示例性轴颈轴承的剖视图和端视图，该轴承包括四个开口和四个槽；
图10是示例性轴承的侧视图和端视图，该轴承包括四个开口和四个外表面槽从而为相应的四个开口提供流径；
图11是示例性的两件式组件的剖视图以及两个示例性的单体轴承的剖视图。
具体实施方式
涡轮增压器经常用于增加内燃发动机的输出。参照图1，常规的系统100包括内燃 发动机110和涡轮增压器120。内燃发动机110包括容纳一个或多个燃烧室的发动机缸体 118，该一个或多个燃烧室操作性地对轴112进行驱动。如图1所示，进气口 114为空气进 入发动机缸体118提供流径，而排气口 116为排气从发动机缸体118排出提供流径。
涡轮增压器120起到从排气中提取能量的作用，并将能量提供给进气，进气可与 燃料混合形成燃烧气体。如图1所示，涡轮增压器120包括空气入口 134、轴122、压缩机 124、涡轮126、壳体1 和排气出口 136。壳体128因其位于压缩机IM与涡轮1 之间而 可被称作中心壳体。轴122可为包括多种部件的轴组件。
参照涡轮126，这种涡轮可选地包括可变几何单元和可变几何控制器。可变几何单 元和可变几何控制器可选地包括例如与可商购的可变几何涡轮增压器(VGT)有关的特征。 可商购的VGT例如包括GARRETT VNT 和AVNT 涡轮增压器，这些涡轮增压器采用多 个可调叶片来控制排气在涡轮上的流动。示例性的涡轮增压器可采用废气门(wastegate) 技术作为可变几何技术的替代或补充。
图2示出适用在图1的涡轮增压器120中的现有技术涡轮增压器组件200的几个 剖视图。这些剖视图包括中心壳体旋转组件的剖视图，该组件沿线A-A剖切的剖视图，以及 轴承系统230的特写剖视图。在圆柱坐标系中，轴承和中心壳体特征可关于径向坐标、方位 角坐标(角坐标)和轴向坐标而限定(即，分别为r、θ、ζ)。例如参见Beyer，W. H.，CRC Standard Mathematical Tables,28th ed. Boca Raton, FL :CRCPress, p. 212,1987。
组件200用作非限制性的示例来说明这里公开的各种示例性设备、方法、系统等。 涡轮增压器200包括中心壳体210、轴220、压缩机叶轮240和涡轮叶轮沈0，其中压缩机叶 轮240和涡轮叶轮260可操作地连接到轴220。
轴220可由形成单个可操作的轴单元的多个部件制成，或可为单体轴。压缩机叶 轮M0、涡轮叶轮260和轴220具有大致与ζ轴一致的旋转轴线。中心壳体210支撑轴承系 统230，轴承系统230接收轴220并允许轴220绕ζ轴旋转。
压缩机叶轮240包括轮毂242和多个叶片Μ4。轮毂242在鼻端246处终止，所 述鼻端246的形状可设置成有助于压缩机叶轮MO附接到轴220。涡轮叶轮260包括轮毂 262和多个叶片沈4。轮毂262在鼻端266处终止，所述鼻端沈6的形状可设置成有助于涡 轮叶轮沈0附接到轴220。
轴220包括延伸到压缩机叶轮轮毂242的孔中的压缩机轴部。尽管图2的例子示 出“无孔”压缩机叶轮(即，没有通孔)，但也可采用其它类型的压缩机叶轮。例如，具有通 孔或贯眼(full bore)的压缩机叶轮通常接收轴，所述轴在轮毂242的鼻端246接受螺母 或其它附接机构。这种附接机构可包括接受插座或扳手的特征(例如，考虑六角形)。
通常，孔是柱形孔，具有直径(或半径)以及沿轴线的长度。例如，孔可用具有合适 钻头的钻机制造，其中钻机和钻头可根据待钻的材料类型来选择。例如，在压缩机叶轮260 由铝制成的情况下，制造工艺会指定用于在铝中钻孔的钻机和钻头以及钻机转速和轴向移动。可在组装中心壳体旋转组件之前、期间和/或之后进行钻孔。取决于组装的阶段，对一 个或多个用于钻孔的表面的接触(通达)可随之变化。
在图2中，中心壳体210包括通孔215(用于收容轴承套230)，用于形成润滑剂入 口 270的润滑剂入孔218以及横向润滑剂孔219，所述横向润滑剂孔219用于形成通向孔 211并延伸到通孔215处的槽212的润滑剂分配路径以及延伸到通孔215处的槽214的另 一个润滑剂分配路径。各自的槽212、214可小于整圆(即，小于360度)，由绕孔215的轴 线的角度 B限定。轴承系统230沿线A-A(涡轮侧)的剖面示出角度ΘΒ，其可与压缩机侧 相同(见以下关于流动和焦化的说明)。如图2所示，通孔215的直径或半径可变化，例如， 通孔215台阶式地变化到较大的半径，该较大的半径限定了位于其涡轮端和压缩机端之间 的中部。
润滑剂入孔218和横向润滑剂孔219由从各自外表面(例如顶表面和前或压缩机 侧表面)钻中心壳体210而形成。横向润滑剂孔219也对压缩机侧止推环供应润滑剂。轴 承润滑剂槽212、214可通过经由中心壳体210的涡轮端和/或压缩机端进入通孔215来钻 中心壳体210而形成。
壳体210进一步包括中间润滑剂出口 276、277和278以及润滑剂出口 279。通常， 润滑剂在压力下流动通过中心壳体210，这部分地可被重力促进(例如，润滑剂入口 270和 润滑剂出口 279可大致与重力对准)，关机时，重力使至少部分润滑剂从中心壳体210排出。
在图2的布置中，在运行期间，润滑剂流动到轴承系统230并形成各种膜。轴承系 统230的特写剖面示出涡轮侧轴承232，压缩机侧轴承232’和轴承隔圈236。在通孔215 和轴承232、232’以及轴承隔圈236之间形成的膜允许这些部件“漂浮”在通孔215中。
如轴承系统230的特写剖面所示，轴220具有与涡轮侧轴承232合作(经轴承内表 面235和轴表面22 的涡轮侧部分222、与压缩机侧轴承232’合作(经轴承内表面235’ 和轴表面223’)的压缩机侧部分222’以及位于涡轮侧部分222与压缩机侧部分222’之间 的部分224(具有表面221)。组件230的压缩机侧被用于更详细地说明功能性特征，注意， 涡轮侧包括相同的功能性特征。
轴220的压缩机部分222’包括在轴颈表面半径处设置的轴颈表面223’，压缩机 侧轴承232’包括在压缩机轴承内表面半径(例如，轴承内径“ID”)处设置的相应的内表 面235’。在压缩机侧，润滑剂于开口 233’进入轴承232’，主要通过部分地由轴承润滑剂孔 211和槽212限定的润滑剂路径供给。在运行期间，热能导致润滑剂的加热，这进而会导致 成焦(例如，来自反应物、中间物、产物、杂质等)。焦炭会沉积在任意的多种表面。例如，焦 炭可沉积在轴220和/或轴承232’上，并减少轴部分232’的轴颈表面223’与轴承内表面 235’之间的间隙。替代性地或补充地，焦炭可沉积在开口 233’中并阻碍润滑剂到轴220的 流动。在这种例子中，焦炭会导致热传递降低并导致发热增加，这会造成轴承系统失效。
在图2的配置中，轴承隔圈236包括在外表面半径处设置的外表面238，在内表面 半径处设置的内表面239，一对开口 237、237’，涡轮侧端切口 241和压缩机侧端切口 241’。 整个轴承系统230可在中心壳体210的通孔215中旋转，独立的轴承系统部件232、232’和 236可相对彼此旋转。这些部件通常以轴220转速的某个分数旋转(例如，隔圈的每分钟转 数是轴每分钟转数的大约1/8，轴承每分钟转数是轴每分钟转数的大约1/4)。因此，中心壳 体210的轴承润滑剂槽212、214与轴颈轴承232、232’的开口 233、233’之间的关系会在中心壳体旋转组件(CHRA)运行期间改变。但是，通孔215的槽212、214的布置确保无论中心 壳体210与轴承232、232’之间的旋转关系如何，每个轴承的至少一个轴承开口(例如参见 开口 233、233’)可接收润滑剂。在图2的例子中，所示的轴承232、232’各自具有在轴向尺 度(例如在相对的轴向端之间居中)上设置并以90度的方位角隔开的四个开口。
如背景技术部分所述，成焦会导致轴承系统失效或寿命缩短。造成成焦的化学反 应依赖于温度和时间。例如，在短时间达到高温的润滑剂会成焦，而在较长时间达到较低温 度的润滑剂也会成焦。示例性的轴颈轴承包括由槽限定的润滑剂流径，与常规的轴颈轴承 232相比，这些槽可帮助降低润滑剂的局部温度最大值和/或帮助减少润滑剂在旋转轴附 近的驻留时间。如下所述，示例性的轴承可使相邻于润滑剂膜的润滑剂容量增加，使润滑剂 膜中的和/或邻近的润滑剂体积流量增加，或者同时使相邻于润滑剂膜的润滑剂容量增加 以及润滑剂膜中的和/或邻近的润滑剂体积流量增加。
示例性的轴承可用在包括钛压缩机叶轮和/或重转子的涡轮增压器中。这种涡轮 增压器已知需要所谓的“高容量”轴承以支撑转子质量并提供稳定的运行。由于其高负载 容量，这种涡轮增压器倾向于使得轴承系统运转得热得多。高的轴温会导致润滑剂焦化，集 结在轴和轴承上的焦炭会导致轴承内部间隙损失，这最终导致轴承系统失效。
各种示例性的轴承作为浮动轴承示出。尽管已经采用半浮动轴承用于高负载，但 半浮动轴承倾向于要求高的润滑剂流速并通常相当昂贵(例如，会以超过10 1的因子增 加轴承系统成本)。另外，对于安装在内燃发动机上(即，高振动环境)的涡轮增压器，半浮 动轴承倾向于表现高的轴运动。
如这里所述，各种示例性轴颈轴承包括由槽限定的多个螺旋形内径的轴承路径， 以使润滑剂流增加而不使轴承系统失稳。另外，当在全浮动轴承中实施时，外膜形成有高刚 度和良好的阻尼特性，这有助于在高振动环境中确保轴承稳定性。尽管与半浮动轴承有关 的各种特性可能是不利的，示例性的半浮动轴承可包括螺旋槽。
轴承系统中的轴承可被视为具有负载侧和未负载侧(即，单向径向力向量)。如这 里所述，螺旋路径对示例性轴承的负载和未负载侧两者都提供合适的润滑剂流。通过轴承 的未负载侧的润滑剂流冷却轴承和轴。这种冷却起到减少会导致焦化的局部温度最大值的 作用。
如这里所述，螺旋槽绕轴承轴线跨过一角度，例如，从轴承的一个轴向端处的第一 角度到轴承的相对轴向端处的第二角度。进一步地，螺旋槽具有可由关于轴向位置的一个 或多个角度限定的槽宽。具有螺旋槽的示例性轴承确保轴总是由轴承的内轴颈表面支撑。 换句话说，在具有螺旋槽的轴承中，轴不会“落”到槽内(例如，考虑到其中可安放轴并由此 阻碍或改变润滑剂流的轴向槽)。再进一步地，对于示例性轴承，轴在轴承的一侧上经过螺 旋槽区域，由轴承另一侧上的压力楔产生轴与轴承之间的间隙。保持这种分离确保了在轴 经过螺旋槽并开始发展压力以保持承载压力楔的负载时，这种间隙得以保持。考虑到随之 轴的第二侧到达其螺旋路径，相应的第一侧已经重新建立起其全负载承载能力。
如这里所述，螺旋槽的形状确保润滑剂可高效地进入轴与轴承之间以允许形成压 力楔，该压力楔支撑从轴施加到轴承的负载。示例性的槽形状可为斜坡表面(例如，如用于 止推轴承的那种)。涡轮增压器可包括外高压润滑剂供应以克服轴承内的压力从而确保示 例性轴承经历足够的润滑剂流以支撑轴并带走热量。
如这里所述，示例性轴承系统将轴与轴承保持得较冷。进一步，较冷的润滑剂通常 具有更高的粘性，这在分离表面时更有效。

如这里所述，示例性的一对轴承(或单体轴承)包括用于涡轮侧轴的轴颈表面的 三个螺旋槽以及用于压缩机侧轴的轴颈表面的三个螺旋槽。这种示例性的多个轴承(或单 个轴承)可选地用于较小尺寸的涡轮增压器。在这种例子中，可具有外表面槽以提高流向 连接到螺旋槽的开口的润滑剂流。这种外表面槽可具有以角度测量的弧形跨度(span)。例 如，这种外槽可具有大约15度的弧形跨度。弧形跨度的总和通常小于360度；注意，在每个 轴承均具有360度弧形跨度的外通道的情况下，已经观测到较高的轴运动。图3示出中心壳体210中的示例性轴承系统330。轴承系统330沿线A-A的剖视 图示出连结半环形槽414 (例如与槽214不同的形状)的孔219、示例性轴颈轴承420和轴 220。轴承420包括外表面440和内表面450。运行期间，在外表面440与壳体210的孔 215之间形成阻尼膜，在内表面450与轴220的外表面223之间形成润滑剂膜。如所述，轴 承420因被阻尼膜支撑而可在孔215中浮动。阻尼膜和润滑剂膜都参与热传递的同时，阻 尼膜还起到吸收振动能量的作用，该振动能量会影响轴220在轴承420中的旋转。图3中，轴承系统330的特写剖视图示出涡轮侧轴承420，压缩机侧轴承420’和轴 承隔圈236。在该具体例子中，由于在隔圈236的包括平坦部(flat)的部分上取剖视，所以 轴承隔圈236看起来具有比每个轴承420、420’较小的外径。在图3的例子中，每个轴承420、420，包括三个螺旋槽422、422，，其中每个槽422、 422’延伸一轴向距离并跨开一方位角(例如关于各自润滑剂开口 430定中)。关于压缩机 侧轴承420’示出的上部放大视图，示出从轴承420’的开口 430’出现的分叉的润滑剂流箭 头，而下部放大视图示出轴承420’的槽422’中的润滑剂流箭头。在上部放大视图中，来自 开口 430’的润滑剂流分叉以沿螺旋槽422’的两个相对的臂部流动。在沿线A-A的剖视图中，各槽212、414可小于整圆(即，小于360度)，由绕通孔 215的轴线的角度ΘΒ限定。轴承系统330沿线A-A的剖面(涡轮侧)示出角度ΘΒ，其可 与压缩机侧的相同(见以下关于流动和焦化的说明)。在图3的例子中，孔215中的月牙形 槽414的角度足够大到将润滑剂供应到轴承420的三个开口中的两个(见11点钟和3点 钟处的开口)。在这种布置中，润滑剂流到轴承420中三个开口中的两个，并流到轴承420 中各自的螺旋槽。对于没有与月牙形槽414对齐的开口(在7点钟处)，压力会导致没有流 动或甚至导致从螺旋槽流出其相应的开口(例如，到轴承420与孔215之间的润滑剂膜空 间)。如这里所述，为了在具有螺旋槽的示例性轴承中支撑轴，要么轴承具有无论轴承 的角位置如何都能确保润滑剂流到两个或更多开口的一个或多个特征，要么壳体的孔具有 无论角度位置如何都能够允许润滑剂流到两个或更多开口的一个或多个特征。作为另一个 替代，示例性轴承可包括例如在轴承外表面上的局部槽这样的特征，其中每个局部槽导向 各自的开口(例如参见图8和图10)。这种局部槽可与孔的一个或多个特征合作以确保润滑 剂流到两个或更多开口(例如，每个开口沿内轴承表面导向螺旋槽的情况)。如这里所述， 示例性的组件包括具有孔的壳体，其中孔包括绕该孔跨开足够角度的润滑剂槽以将润滑剂 提供到关于轴承的圆柱壁以大约120度间隔的三个开口中的至少两个。在这种组件中，润 滑剂槽可跨开大约240度并可允许润滑剂流动到所有三个开口(例如，一个开口在与壳体的润滑剂槽的顶部中心对齐的12点钟处，其它两个开口分别在4点钟和8点钟处)。 图4示出图3的轴承系统330的剖视图以及示例性的槽特性480，其中没有轴220。 槽特性480包括流动相关参数，例如槽数、槽深(例如，作为轴向位置的函数)，轴颈轴承内 径处的槽宽，以及开口(例如轴承圆柱壁中的孔口)处的分叉(divergence)。沿线D-D的 剖面的槽深的示例图示出槽422中心部分周围的深度，其中槽422分支到相对的臂部(例 如，槽1)。槽深与轴向距离的关系曲线的示例图示出槽的臂部(例如，槽1、臂部1)可如何 在开口附近具有较大的深度(例如，测量为径向尺度△!·)，以及在接近或在轴承轴向端处 具有较小的深度。槽深与方位角的关系曲线的示例图示出在大约120度的角度上，两个槽 的臂部(例如，槽1、臂部1和槽2、臂部2)的槽深可如何变化。在该例中，两个臂部之间的 缝隙表示深度0( S卩，轴颈轴承420的内径)。另一个示例图表示作为方位角尺度(Δ Θ)的 槽宽与轴向距离的关系曲线。该图示出接近开口 430 (在线D-D)处的槽宽有多大，然后在 过渡到各自臂部(例如，到端部426)时变小。如这里所述，在诸如槽中的用于润滑剂流的剖面面积、槽相对轴颈面积的面积、槽 容积、槽数等因素之间存在平衡。例如，随着槽面积和槽数增加，轴颈面积(例如，轴颈轴 承内径处的表面积)减小。还考虑到随着槽的剖面面积与槽深一起增加，润滑剂流动的阻 力减小，这会增加润滑剂的体积流量，从而增加热量排除并减小润滑剂所经历的最大温度。 但是，如果证明对有效的润滑剂膜的形成和维持有害，则应避免润滑剂流的极端沟道作用 (channeling)。选择槽特性的一个示例性方法包括提供最小的轴颈表面面积并确定槽形状 (例如，槽面积)和槽数以至少保持该最小的轴颈表面面积。图5示出轴承420的具体例子的端视图并示出各种尺寸。在图5的例子中，每个槽 的跨度为 w与两倍 E之和，其中 是与开口(例如参见开口 430)相邻的井孔(well) 跨度而 E是两个相对且对称的臂部(例如参见槽端424、426)的臂部跨度。图5还示出 怎样用固定半径(例如，研磨半径re)形成槽的臂部。例如，磨具可位于坯料轴颈轴承中， 沿轴向和方位角方向操作以形成槽臂部，然后重复以形成槽的相对的臂部。在图5中，槽深 半径示为RP，而内径示为R1,其中槽深半径Rp部分地决定润滑剂容量，而内径R1决定用于形 成润滑剂膜的轴颈面积，润滑剂膜在轴半径到R1厚度的情况下支撑轴。如所述，槽深可关于轴向和/方位角尺度而变化。在图5的例子中，槽422的最大 槽深示出为相邻于开口 430并等于所谓井孔深度(ARW)。示例性的轴颈轴承包括三个槽， 槽跨度为每臂部大约36度，总槽跨度大约72度。在该例中，井孔跨度可为大约42度，每臂 部跨开另外的15度(例如，总槽跨度为42度+2X15度)。三个槽以大约120度隔开的情 况下，存在轴颈面积的三个轴向带(例如，在内径R1处)，具有大约48度的跨度。如这里所述，示例性的轴承组件包括涡轮侧轴颈轴承，其具有沿内轴颈表面的多 个螺旋槽，其中每个螺旋槽包括润滑剂开口和相对的臂部，每个臂部终止于轴颈轴承的各 自轴向表面；压缩机侧轴颈轴承，其具有沿内轴颈表面的多个螺旋槽，其中每个螺旋槽包括 润滑剂开口和相对的臂部，其中每个臂部终止于轴颈轴承的各自轴向表面；以及隔圈，以沿 轴线隔开涡轮侧轴颈轴承和压缩机侧轴颈轴承。在这种组件中，每个螺旋槽可具有由绕轴 线的方位角限定的槽跨度，例如，槽跨度可包括井孔跨度和臂部跨度。另外，在这种例子中， 井孔跨度可超过臂部跨度之和(例如参见图5的例子)。示例性的单体轴承包括位于两个轴颈轴承部之间的形成为一体的隔圈部。在一个轴颈轴承不特定于压缩机侧或涡轮侧的情况下，这样的单体件可经任一端插到涡轮增压器 壳体的孔中。示例性的组件可包括与轴颈轴承之一形成为一体的隔圈。例如，组件可包括 形成为一体的轴颈轴承和隔圈件以及分离的轴颈轴承件。 示例性的轴承可包括螺旋槽，其中每个槽包括相对的臂部，臂部具有臂部跨度，臂 部跨度由绕轴承的轴线的方位角限定。示例性的轴承可包括螺旋槽，其中槽具有由一个或 多个半径(例如，考虑到槽由球面刀具形成的槽)限定的垂直于该轴线的剖面。因此，螺旋 槽的臂部可包括由一半径限定的垂直于轴线的剖面。如这里所述，示例性的轴承可包括具 有对称臂部的螺旋槽(例如绕各自开口的轴线旋转180度对称)。示例性的轴承可为对称 的，使得可按照无指向的方式形成组装，可避免组装中的错误。用于制造轴颈轴承的示例性方法可包括提供或生成具有粗略轴承形状的轴承坯 料，可选地包括轴承外径周围的轴向通道。接下来，该方法包括从外径到内径钻径向润滑剂 供给孔(例如，开口)。可用球型刀形成螺旋槽，例如用于开口到轴承内径交点的倒角。刀 的路径可被编程以在开口的一侧(例如，第一臂部)切出螺旋图案，在润滑剂进给开口上运 动以与开口连接并对其倒角，然后继续并在轴承的相对侧(例如，第二臂部)形成螺旋槽的 其余部分。然后，可按照常规方式完成轴承外径(OD)和内径(ID)表面。在另一个例子中，螺旋槽可用圆头槽铣刀和四轴或五轴铣床切割。因此，功能更好 的机器可切割更复杂的几何形状或路径形状，进一步提高斜面的功能。相同或类似类型的 几何形状可应用到半浮动轴承。示例性方法包括提供轴颈轴承坯料，该坯料具有轴线、布置在内径处的内表面、 布置在外径处的外表面、相对的轴向表面以及在内表面与外表面之间延伸的开口 ；铣削或 研磨井孔，该井孔绕轴线跨开一方位角；铣削或研磨臂部，该臂部绕轴线跨开一方位角并从 井孔延伸到轴颈轴承的轴向表面中的一个；铣削或研磨相对的臂部，该相对的臂部绕轴线 跨开一方位角并从井孔延伸到轴颈轴承的轴向表面中相对的一个；并且将轴颈轴承插到涡 轮增压器中心壳体的孔中。这种方法可包括铣削或研磨对称的臂部以形成对称的轴颈轴 承，这允许轴向无指向地将轴颈轴承插到孔中。用于热传递的示例性方法包括在涡轮增压器中提供轴承组件，其中轴承组件包 括由涡轮侧轴颈轴承和压缩机侧轴颈轴承支撑的涡轮增压器轴，所述涡轮侧轴颈轴承包括 润滑剂开口和螺旋路径，每个螺旋路径包括一润滑剂开口和相对的臂部，每个臂部终止于 轴颈轴承的各自轴向表面，所述压缩机侧轴颈轴承包括润滑剂开口和螺旋路径，每个螺旋 路径包括一润滑剂开口和相对的臂部，每个臂部终止于轴颈轴承的各自轴向表面；为润滑 剂开口中的至少两个提供润滑剂；在所述至少两个开口的每一个处，使润滑剂流分叉到各 自螺旋路径的相对的臂部；并且将热能传递到在螺旋路径中流动的润滑剂。图6示出示例性轴承620，其包括在通道半径Rc处的外通道621以及与轴承420 相同或类似的特征。具体地，轴承620包括具有臂部端624、626的槽622、开口 630和外表 面640(位于半径Rq处)以及内表面650 (位于半径民处)。在本例中，外通道621可帮助 提供向各种开口的润滑剂供应。这种特征可与中心壳体210的半环形212、214协作，并提 高其供应。但是，应将通道特性确定为不会不利地影响轴颈轴承的阻尼。图7示出示例性轴承420沿线B-B的剖视图。图7示出各种尺寸，包括井孔跨度 。臂部跨度 E、内径R1、外径Rtj、轴向凹部尺IZk、轴向端部尺+Ze、轴向开口尺寸Z0(也见开口半径。以及轴向倒角尺寸Z。h(也见倒角半径rj。图8示出示例性轴颈轴承820的两个侧视图和一个剖视图，轴颈轴承820包括外 表面槽829以为润滑剂开口 830提供流径。在图8的例子中，每个外表面槽具有弧形跨度 Δ 和在各自开口 830处或附近的最大半径深度ARro。可在轴承820中铣削或研磨这种 槽(例如，考虑到铣削或研磨半径rTO)。如这里所述，这种外表面槽可与壳体的一个或多个 润滑剂分配路径协作。沿线A-A的剖面图(例如参见图2)示出壳体210中的示例性轴承 820，其中月牙形槽214跨过大约180度的弧长。如这里所述，外表面槽829与月牙形槽214 合作以提高沿轴承820的内轴颈表面流向螺旋槽822的润滑剂流。以这种方式，示例性轴 承(例如具有以120度间隔的三个开口)可通过延伸壳体的润滑剂分配系统而有效提高壳 体中的流动。如这里所述，示例性轴承可包括一个或多个外表面槽，该一个或多个外表面槽 构造成使润滑剂流到开口中的一个或多个或从开口中的一个或多个流出。图9示出示例性的轴颈轴承920，其包括四个开口 930和四个槽922。每个槽922 包括从各自开口 930延伸到相对的端部924、926的两个臂部。在图9的例子中，轴承920 包括端凹部和外通道921。槽数增加的情况下，槽宽(例如θρ)和槽跨度(例如， s)可减 少以保持期望的轴颈面积(例如位于内径R1处的表面积950)。图10示出示例性轴承1020的侧视图和端视图，该轴承包括用于每个开口 1030的 外表面槽1029。如端视图所示，外表面槽1029提供用于润滑剂流到开口 1030然后流到螺 旋路径1022的路径。如所示，取决于压力，润滑剂会发生从螺旋路径1022到开口 1030并 且到外表面槽1029的逆向流动。在这种状况下，与没有这种槽(或如图9的通道)的开口 相比，外表面槽1029提供更大的流出面积。图10的轴承1020目标是提供适当的阻尼和轴 支撑。图11示出示例性的两件式组件1120、示例性单体轴承1220和具有用于定位销 1400的插孔1399的示例性单体轴承1320。两件式组件1120包括轴颈和隔圈件1194以及 轴颈轴承件1198。轴颈和隔圈件包括各种开口，例如开口 1193、开口 1195和端切口 1197。 单体轴承1220在附图标记1293以及附图标记1297处包括内径中的台阶，允许润滑剂流出 各自轴颈区域，例如，经开口 1295从轴承1220排出(注意轴承1220可包括额外的开口)。 单体轴承1320包括构造成用于接收定位销1400的插孔1399，该定位销1400可经壳体1410 中的开口而被接收。这种布置可允许轴承1320在壳体1410的孔中进行一些径向移动，同 时限制轴承1320在壳体1410的孔中的轴向运动。图11中所示的用于组件1120、单体轴承 1220和单体轴承1320的特征为示意性目的，因为两件式组件和单体轴承可包括更少、更多 或其它特征。尽管已在附图中示出并在前述具体实施方式
中说明了一些示例性方法、设备、系 统、布置等，但应理解所公开的示例性实施例不是限制性的，而是能在不背离所附权利要求 阐释和限定的精神的情况下进行各种重新安排、修改和替换。
权利要求
1.一种用于涡轮增压器的轴承组件，包括涡轮侧轴颈轴承，其包括沿内轴颈表面的螺旋槽，其中，每个螺旋槽包括润滑剂开口和 相对的臂部，其中，每个臂部终止于该轴颈轴承的各自轴向表面；压缩机侧轴颈轴承，其包括沿内轴颈表面的螺旋槽，其中，每个螺旋槽包括润滑剂开口 和相对的臂部，其中，每个臂部终止于该轴颈轴承的各自轴向表面；以及隔圈，以沿轴线隔开所述涡轮侧轴颈轴承和所述压缩机侧轴颈轴承。
2.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个螺旋槽包括由绕所述轴线的方位 角限定的槽跨度。
3.如权利要求2所述的轴承组件，其特征在于，所述槽跨度包括井孔跨度和臂部跨度。
4.如权利要求3所述的轴承组件，其特征在于，所述井孔跨度超过所述臂部跨度之和。
5.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述相对的臂部中的每一个包括由绕 所述轴线的方位角限定的臂部跨度。
6.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个槽包括由一个或多个半径限定的 与所述轴线垂直的剖面。
7.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个臂部包括由半径限定的垂直于所 述轴线的剖面。
8.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个轴颈轴承包括三个槽。
9.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个轴颈轴承包括四个槽。
10.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个槽包括对称的臂部，绕各自开口 的轴线旋转180度对称。
11.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个轴承包括对称的轴承。
12.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个轴承包括一个或多个轴向凹部。
13.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，每个轴承包括一个或多个外表面槽， 所述一个或多个外表面槽构造成用于润滑剂流到所述开口中的一个或多个或者从所述开 口中的一个或多个流出。
14.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述涡轮侧轴颈轴承和所述隔圈构成 单体件，或者所述压缩机侧轴颈轴承和所述隔圈构成单体件。
15.如权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述轴颈轴承的每一个包括位于所述 轴颈轴承内径处的一个或多个表面，无论所述轴颈轴承在壳体的孔中的角取向如何，所述 轴颈轴承都支撑涡轮增压器轴。
16.一种用于涡轮增压器的单体轴承，包括涡轮侧轴颈轴承部，其包括沿内轴颈表面的螺旋槽，其中，每个螺旋槽包括润滑剂开口 和相对的臂部，其中，每个臂部终止于该轴颈轴承的各自轴向表面；压缩机侧轴颈轴承部，其包括沿内轴颈表面的螺旋槽，其中，每个螺旋槽包括润滑剂开 口和相对的臂部，其中，每个臂部终止于该轴颈轴承的各自轴向表面；以及隔圈部，其位于所述涡轮侧轴颈轴承部和所述压缩机侧轴颈轴承部之间。
全文摘要
本发明公开了螺旋内径槽轴颈轴承，具体提供了一种示例性的轴承组件，包括涡轮侧轴颈轴承，其具有沿内轴颈表面的螺旋槽，其中每个螺旋槽包括润滑剂开口和相对的臂部，其中每个臂部终止于该轴颈轴承的各自轴向表面；压缩机侧轴颈轴承，其具有沿内轴颈表面的螺旋槽，其中每个螺旋槽包括润滑剂开口和相对的臂部，其中每个臂部终止于该轴颈轴承的各自轴向表面；以及隔圈，以沿轴线隔开所述涡轮侧轴颈轴承和所述压缩机侧轴颈轴承。还公开了各种其它示例性的设备、系统、方法等。
文档编号F02B39/14GK102032002SQ20101029830
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月27日 优先权日2009年9月28日
发明者D·A·古特克内希特 申请人:霍尼韦尔国际公司