全浮动式轴承及包括全浮动式轴承的涡轮增压器的制作方法

本实用新型总体上涉及一种用于涡轮增压器的全浮动式轴承，并且涉及一种包括所述全浮动式轴承的涡轮增压器。

背景技术：

旋转机器(例如涡轮增压器)被用于多种不同应用中，例如机动车辆、重型设备、柴油发动机、马达、以及类似物。典型的涡轮增压器包括涡轮机叶轮、联接至所述涡轮机叶轮且可被其旋转并且沿轴的轴线延伸的轴、联接至所述轴并且可被其旋转的压缩机叶轮，沿轴的轴线在涡轮机叶轮与压缩机叶轮之间延伸的轴承壳体，以及围绕所述轴布置的并且布置在轴承壳体中以便可旋转地支撑所述轴的全浮动式轴承。可旋转地支撑所述轴的全浮动式轴承具有中心轴线并且包括面向所述轴的内表面。所述内表面具有圆形的表面轮廓。

在涡轮增压器的运转期间，润滑剂经由由全浮动式轴承限定的一个或多个孔口被送至全浮动式轴承的内表面和轴，从而导致润滑内表面和轴。内表面和轴的润滑允许全浮动式轴承可旋转地支撑所述轴，同时减小全浮动式轴承和轴的摩擦磨损。然而，在常规涡轮增压器中，全浮动式轴承的圆形的表面轮廓导致在涡轮增压器的运转期间轴的次同步振动。尤其是当涡轮增压器被用于机动车辆应用中时这种轴的次同步振动是不希望的，这是由于在涡轮增压器的运转期间所产生的合成噪音。这种次同步振动还可以导致涡轮增压器的多个不同部件的永久失效，由此减少了涡轮增压器的寿命。

此外，因为与生产非圆形的表面轮廓有关制造成本的提高，试图设计用于机动车辆应用的具有非圆形的表面轮廓的全浮动式轴承已经是不成功的。

这样，仍需要提供一种改善的全浮动式轴承。

技术实现要素：

涡轮增压器将经压缩的空气输送到内燃发动机中并且接收来自内燃发动机的排气。涡轮增压器包括涡轮机叶轮、联接至涡轮机叶轮并且可以被其旋转的轴(其中所述轴沿轴的轴线延伸)、以及联接至轴并且可被所述轴旋转以用于将经压缩的空气输送到内燃发动机的压缩机叶轮。涡轮增压器还包括轴承壳体，所述轴承壳体沿所述涡轮机叶轮与所述压缩机叶轮之间的轴的轴线延伸，其中所述轴承壳体限定了轴承壳体内部，并且其中所述轴承壳体围绕所述轴布置，使得所述轴至少部分地布置在所述轴承壳体内部中。涡轮增压器进一步包括全浮动式轴承，所述全浮动式轴承围绕所述轴布置并且布置在所述轴承壳体内部中，其中所述全浮动式轴承具有中心轴线。全浮动式轴承包括背离中心轴线面向轴承壳体的外表面，以及面向轴并且相对于中心轴线与外表面径向地间隔开的内表面，使得内表面被布置在中心轴线与外表面之间。全浮动式轴承限定在外表面与内表面之间的孔口，所述孔口被配置成用于允许润滑剂在外表面与内表面之间流动。内表面具有表面轮廓，所述表面轮廓用于减少轴的振动。表面轮廓是由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的，在所述等式中，Ro是针对给定的角度θ从中心轴线到内表面的距离，Rb是从中心轴线到内表面的平均距离，A是与最大值Ro和Rb之间的差值，θ是相对于从中心轴线垂直延伸穿过孔口的参考线、围绕中心轴线的从0到2π的弧度，并且Φ是从0到2π弧度的相位偏移。

相应地，具有由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的表面轮廓的全浮动式轴承减少了轴的振动，这改善了涡轮增压器的NVH(即，噪音、振动、和声振粗糙度)特征，尤其是当涡轮增压器被用于机动车辆应用中时。此外，当与具有圆形的表面轮廓的常规全浮动式轴承相比时，具有由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的表面轮廓的全浮动式轴承可以以适合于机动车辆应用的规模来制造而没有显著的提高成本。

附图说明

本实用新型的其他优点将是容易了解的，因为所述优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中：

图1是涡轮增压器的示意性表示；

图2是根据一个实施例的全浮动式轴承的等距视图，其中全浮动式轴承包括内表面，所述内表面具有由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的表面轮廓；

图3是根据另一个实施例的全浮动式轴承的等距视图，其中全浮动式轴承包括外表面和内表面，所述外表面限定被配置成用于接收润滑剂的环形槽，所述内表面具有由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的表面轮廓；

图4是图3的全浮动式轴承的侧视图，示出了环形槽，和限定在外表面与内表面之间的孔口，所述孔口被配置成用于允许润滑剂在外表面与外表面之间流动；

图5是沿图4的线5-5截取的图3的全浮动式轴承的截面视图；以及

图6是沿图4的线6-6截取的图3的全浮动式轴承的截面视图。

具体实施方式

通过参考附图，其中，贯穿这若干视图，相似的附图标记指示相似的部件，图1示出了用于接收来自内燃发动机(未示出)的排气并且为内燃发动机输送经压缩的空气的示意性表示的涡轮增压器10。虽不作要求，涡轮增压器10典型地是用于机动车辆应用、重型设备、柴油发动机、马达、以及类似物中。涡轮增压器10包括涡轮机叶轮12、轴14、压缩机叶轮16、轴承壳体18、以及全浮动式轴承20。

在涡轮增压器10的运转过程中，涡轮机叶轮12接收来自内部燃烧的排气，所述排气致使涡轮机叶轮12旋转。轴14联接至涡轮机叶轮12并且可被其旋转。轴14沿轴的轴线SA延伸。压缩机叶轮16被联接至轴14并且可被轴14旋转以用于将经压缩的空气输送至内燃发动机。轴承壳体18沿轴的轴线SA在涡轮机叶轮12与压缩机叶轮16之间延伸。如图1所示，轴承壳体18限定了轴承壳体内部22并且围绕轴14布置，使得轴14至少部分地布置在轴承壳体内部22。全浮动式轴承20被布置成围绕轴14、并且在轴承壳体内部22。轴承壳体18被联接至润滑剂源，所述润滑剂源将润滑剂输送至轴承壳体内部22，并且经由轴承壳体内部22中的一个或多个润滑剂通道将润滑剂输送至全浮动式轴承20。

在本披露的背景下，术语“全浮动式轴承”指代没有任何到轴承壳体18的联接件的轴承，使得全浮动式轴承20相对于轴承壳体18、可围绕轴14自由旋转。全浮动式轴承20是与半浮动轴承区分开的。半浮动轴承是可操作地联接至轴承壳体18，使得半浮动轴承相对于轴承壳体18不可以围绕轴14自由旋转。

继续参照图1，涡轮增压器10还可以包括涡轮壳体24和压缩机壳体26。当存在涡轮壳体24时，涡轮壳体24限定涡轮壳体内部28并且涡轮机叶轮12被布置在涡轮壳体内部28。当存在压缩机壳体26时，压缩机壳体26限定压缩机壳体内部30并且压缩机叶轮16被布置在压缩机壳体内部30。

参考图2，全浮动式轴承20具有中心轴线CA。全浮动式轴承20包括外表面32，所述外表面被配置成用于背向中心轴线CA。如图1示出的，当涡轮增压器10内包括全浮动式轴承20时，外表面32面向轴承壳体18。继续参照图2，全浮动式轴承20包括内表面34，所述内表面被配置成用于面向中心轴线CA、并且相对于中心轴线CA与外表面32径向地间隔开，使得内表面34被配置成布置在中心轴线CA与外表面32之间。当涡轮增压器10包括全浮动式轴承20时，内表面34面向轴14。

继续参照图2，孔口36被限定在外表面32与内表面34之间并且被配置成用于允许润滑剂在外表面32与内表面34之间流动。此外，孔口36允许经由轴承壳体内部22的一个或多个润滑剂通道而被输送至全浮动式轴承20的外表面32的润滑剂在外表面32与内表面34之间流动到轴14。以此方式，孔口36允许对内表面34和轴14的润滑，从而由此减少了在涡轮增压器10的运转过程中全浮动式轴承20的内表面34和轴14的摩擦磨损。虽不作要求，孔口36典型地具有如图2和图4中示出的圆柱形构型。然而，应当认识到的是孔口36可以具有任何适合于将润滑剂从外表面32输送至内表面34的构型(例如矩形的构型)。在一些实施例中，孔口36被进一步限定为第一孔口36。

参考图2、图3、和图5，内表面34具有用于减少轴14的振动(尤其是次同步振动)的表面轮廓38。参考图5，表面轮廓38是由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的，在所述等式中

Ro是针对给定角度θ的从中心轴线CA到内表面34的距离，

Rb是从中心轴线CA到内表面34的平均距离，

A是最大值Ro与Rb之间的差值，

θ是相对于从中心轴线CA垂直延伸穿过孔口36的参考线L的、围绕中心轴线CA的从0到2π的弧度(0°到360°)，并且

Φ是从0到2π弧度(0°到360°)的相位偏移。

继续参照图5，由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的表面轮廓38具有三个相等的最大Ro值，其限定相对于中心轴线CA具有半径Romax的圆。应当认识到的是，在本披露的背景下，最大Ro值可以被互换地称为Romax。表面轮廓38还具有三个相等的最小Ro值，所述最小Ro值限定具有半径Romin的圆。应当认识到的是，在本披露的背景下，最小Ro值可以被互换地称为Romin。从中心轴线CA到内表面34的平均距离Rb是Romax和Romin平均值(即，)。

进一步应当认识到的是，Romax和Romin与全浮动式轴承20相对于轴14的最大间隙和最小间隙相对应。具体地，全浮动式轴承20相对于轴14的最大间隙是Romax与轴14的半径之间的差值。类似地，全浮动式轴承20相对于轴14的最小间隙是Romin与轴14的半径之间的差值。

典型地，Rb值和A值是基于轴14的半径、以及全浮动式轴承20相对于轴14的所期望的最大间隙和最小间隙选择的。

表面轮廓38是非圆形的。由于表面轮廓38是非圆形的，全浮动式轴承20在减少轴14的摩擦磨损的同时也减少了轴14的振动(尤其是次同步振动)。此外，具有表面轮廓38的全浮动式轴承20可以用成本有效的方式以适合于机动车辆应用的规模来制造，这是由于表面轮廓38特别适合机加工。

如以上所描述的，等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)的相位偏移Φ可以是从0到2π弧度(0°到360°)。典型地，相位偏移Φ是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)、从7π/18弧度到11π/18弧度(70°到110°)、或4π/9弧度到5π/9弧度(80°到100°)。在一些实施例中，相位偏移Φ是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)。当相位偏移Φ是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)时，三个Romax值中一者是与孔口36充分对准的，使得孔口36在内表面34中被限定在内表面34接近或就在背离中心轴线CA的最大距离的点处。三个Romax值中一者与孔口36的这种对准确保了润滑剂流动到靠近或者就在全浮动式轴承20相对于轴14的最大间隙处的内表面34，从而允许轴14的旋转以经由轴14的旋转所产生的力来使靠近三个Romin值的内表面34的部分润滑。

参考图5，在所展示的实施例中，相位偏移Φ是π/2弧度(90°)。当相位偏移Φ是π/2弧度(90°)时，孔口36被三个Romax值中一者处的内表面34限定。

如图3至图6中最佳示出的，虽不作要求，全浮动式轴承20的外表面32可以限定周向围绕中心轴线CA的环形槽40。当存在环形槽40时，环形槽40被配置成用于接收经由轴承壳体内部22内的一个或多个润滑剂通道被输送到全浮动式轴承20的外表面32的润滑剂。此外，当存在环形槽40时，孔口36可以被限定在环形槽40与内表面34之间并且被配置成用于允许润滑剂在环形槽40与内表面34之间流动。

如以上所描述的，全浮动式轴承20相对于轴承壳体18是可以围绕轴14自由旋转的。在涡轮增压器10的运转过程中，轴14的旋转致使全浮动式轴承20旋转，但以比轴14更小的速度。全浮动式轴承20的旋转导致径向离心力，所述径向离心力使润滑剂背离轴14和全浮动式轴承20的内表面34两者。具体地，径向离心力促使润滑剂穿过孔口36背离轴14和全浮动式轴承20的内表面34两者，从而导致内表面34和轴14的不充分润滑。内表面34和轴14的不充分润滑降低涡轮增压器10的效率，并且提高全浮动式轴承20和轴14的摩擦磨损，从而由此减少了涡轮增压器10的寿命。然而，当外表面32限定了环形槽40时，减少了由于全浮动式轴承20的旋转产生的径向离心力。径向离心力的这种减少导致在涡轮增压器10的运转过程中保持轴14和内表面34的充分润滑，从而由此提高涡轮增压器10的效率，减少全浮动式轴承20和轴14的摩擦磨损，并且提高涡轮增压器10的寿命。

如图5最佳示出的，第二孔口42可以被限定在外表面32与内表面34之间并且被配置成用于允许润滑剂在外表面32与内表面34之间流动。类似于第一孔口36，第二孔口42允许经由轴承壳体内部22的一个或多个润滑剂通道而被输送至全浮动式轴承20的外表面32的润滑剂在外表面32与内表面34之间流动到轴14。以此方式，第二孔口42允许内表面34和轴14的润滑，从而由此减少了在涡轮增压器10的运转过程中全浮动式轴承20的内表面34和轴14的摩擦磨损。虽不作要求，第二孔口42典型地具有如图2中示出的圆柱形构型。然而，应当认识到的是第二孔口42可以具有任何适合于将润滑剂从外表面32输送至内表面34的构型(例如矩形的构型)。

继续参照图5，当存在环形槽40和第二孔口42时，第二孔口42可以被限定在环形槽40与内表面34之间并且被配置成用于允许润滑剂在环形槽40与内表面34之间流动。

当存在第二孔口42时，第一孔口36和第二孔口42可以相对于中心轴线CA以从5π/9弧度到7π/9弧度(100°到140°)、11π/18弧度到13π/18弧度(110°到130°)、或23π/36弧度到25π/36弧度(115°到125°)的角度彼此周向地间隔开。在一些实施例中，第一孔口36和第二孔口42相对于中心轴线CA以从5π/9弧度到7π/9弧度(100°到140°)的角度彼此周向地间隔开。虽不作要求，当第一孔口36和第二孔口42是以5π/9弧度到7π/9弧度(100°到140°)的角度彼此周向地间隔开时，相位偏移Φ可以是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)。当相位偏移Φ是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)时，三个Romax值中一者与第一孔口36和第二孔口42中相应的一个孔口充分对准，使得第一孔口36和第二孔口42在内表面34中被限定在内表面34接近或者就在背离中心轴线CA的最大距离的点处。

如图5示出的，在一些实施例中，第一孔口36和第二孔口42是以2π/3弧度(120°)的角度彼此周向地间隔开的。当第一孔口36和第二孔口42是以2π/3弧度(120°)的角度彼此周向地间隔开时，相位偏移Φ可以是π/2弧度(90°)。当相位偏移Φ是π/2弧度(90°)时，第一孔口36和第二孔口42是由内表面34限定在三个Romax值中相应的一个值处。

继续参照图5，第三孔口44可以被限定在外表面32与内表面34之间并且被配置成用于允许润滑剂在外表面32与内表面34之间流动。类似于第一孔口36和第二孔口42，第三孔口44允许经由轴承壳体内部22的一个或多个润滑剂通道输送到全浮动式轴承20的外表面32的润滑剂在外表面32与内表面34之间流动到轴14。以此方式，第三孔口44允许内表面34和轴14的润滑，从而由此减少了在涡轮增压器10的运转过程中全浮动式轴承20的内表面34和轴14的摩擦磨损。虽不作要求，第三孔口44典型地具有如图2中示出的圆柱形构型。然而，应当认识到的是第三孔口44可以具有任何适合于将润滑剂从外表面32输送至内表面34的构型(例如矩形的构型)。

继续参照图5，当存在环形槽40和第三孔口44时，第三孔口44可以被限定在环形槽40与内表面34之间并且被配置成用于允许润滑剂在环形槽40与内表面34之间流动。

当存在第三孔口44时，第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44可以相对于中心轴线CA以从5π/9弧度到7π/9弧度(100°到140°)、11π/18弧度到13π/18弧度(110°到130°)、或23π/36弧度到25π/36弧度(115°到125°)的角度彼此周向地间隔开。在一些实施例中，第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44相对于中心轴线CA以从5π/9弧度到7π/9弧度(100°到140°)的角度彼此周向地间隔开。虽不作要求，当第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44是以5π/9弧度到7π/9弧度(100°到140°)的角度彼此周向地间隔开时，相位偏移Φ可以是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)。当相位偏移Φ是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)时，三个Romax值中一者与第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44中相应的一个孔口充分对准，使得第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44在内表面34中被限定在内表面34的接近或者就在背离中心轴线CA的最大距离的点处。

如图5示出的，在一些实施例中，第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44是以2π/3弧度(120°)的角度彼此周向地间隔开的。当第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44是以2π/3弧度(120°)的角度彼此周向地间隔开时，相位偏移Φ可以是π/2弧度(90°)。当相位偏移Φ是π/2弧度(90°)时，第一孔口36、第二孔口42和第三孔口44是由内表面34限定在三个Romax值中相应的一个值处。

在一些实施例中，内表面34被进一步限定为第一内表面34。如图2、图3、和图6示出的，在一些实施例中，全浮动式轴承20包括第二内表面46。当存在时，第二内表面46从第一内表面34远离中心轴线CA径向地凹入。第二内表面46被配置成用于面向中心轴线CA。当全浮动式轴承20被包括在涡轮增压器10中时，第二内表面46面向轴14。

参考图6，在一些实施例中，全浮动式轴承20进一步包括第三内表面48。当存在时，第三内表面48从第一内表面34远离中心轴线CA径向地凹入。第三内表面48被配置成用于面向中心轴线CA。当全浮动式轴承20被包括在涡轮增压器10中时，第三内表面48面向轴14。当存在第二内表面46和第三内表面48时，第三内表面48可以从第一内表面34远离中心轴线CA凹入与第二内表面46相同的距离。替代性地，第三内表面48可以从第一内表面34远离中心轴线CA凹入与第二内表面46不同的距离。继续参照图6，当存在第二内表面46和第三内表面48时，第一内表面34、第二内表面46和第三内表面48可以沿中心轴线CA彼此间隔开，使得第一内表面34沿中心轴线CA被布置在第二内表面46与第三内表面48之间。

在一些实施例中，全浮动式轴承20被限定为第一全浮动式轴承20。参考图1，在一些实施例中，涡轮增压器10包括被布置成围绕轴14、并且在轴承壳体内部22的第二全浮动式轴承50。第二全浮动式轴承50是与第一全浮动式轴承20间隔开的，使得第一全浮动式轴承20被布置在第二全浮动式轴承50与涡轮机叶轮12之间。虽然没有更详细地示出第二全浮动式轴承50，但是第二全浮动式轴承50具有中心轴线并且包括被配置成背向中心轴线的外表面。当全浮动式轴承50被包括在涡轮增压器10时，第二全浮动式轴承50的外表面面向轴承壳体18。第二全浮动式轴承50还包括内表面，所述内表面被配置成用于面向中心轴线并且相对于中心轴线与外表面径向地间隔开，使得内表面被配置成布置在中心轴线与外表面之间。当第二全浮动式轴承50被包括在涡轮增压器10中时，第二全浮动式轴承50的内表面面向轴14。孔口被限定在第二全浮动式轴承50的外表面与内表面之间并且被配置成用于允许润滑剂在第二全浮动式轴承50的外表面与内表面之间流动。第二全浮动式轴承50的内表面具有用于减少轴14的振动的表面轮廓。第二全浮动式轴承50的表面轮廓是由等式Ro＝Rb+ASin(3θ+Φ)限定的。

应当认识到的是，第二全浮动式轴承50可以包括任何上述针对第一全浮动式轴承20的特征。例如，第二全浮动式轴承50可以包括由第二全浮动式轴承50的外表面限定的周向围绕第二全浮动式轴承50的中心轴线的环形槽。当存在时，第二全浮动式轴承50的环形槽被配置成用于接收润滑剂并且第二全浮动式轴承50的孔口被限定在第二全浮动式轴承50的环形槽与内表面之间。如另一个实例，第二全浮动式轴承50可以包括各自限定在第二全浮动式轴承50的外表面与内表面之间的第一孔口、第二孔口和第三孔口并且被配置成用于允许润滑剂在第二全浮动式轴承50的外表面与内表面之间流动。

进一步应当认识到的是，第一全浮动式轴承20和第二全浮动式轴承50可以是相同的。例如，第一全浮动式轴承20和第二全浮动式轴承50可以各自包括相对于中心轴线以从5π/9弧度到7π/9弧度(100°到140°)的角度彼此周向地间隔开的第一孔口、第二孔口和第三孔口，并且第一全浮动式轴承20和第二全浮动式轴承50的相位偏移Φ可以是从11π/36弧度到25π/36弧度(55°到125°)。此外，第一全浮动式轴承20和第二全浮动式轴承50的第一孔口、第二孔口和第三孔口可以相对于中心轴线以2π/3弧度(120°)的角度彼此周向地间隔分开并且相位偏移Φ可以是π/2弧度(90°)。替代性地，第一全浮动式轴承20和第二全浮动式轴承50可以是不同的并且因此包括彼此不同的特征。

已经以展示性的方式描述了本实用新型，并且应理解的是，已经使用的术语旨在本质上是描述词语而非限制词语。鉴于上述传授内容，本实用新型的许多修改和变化是可能的，并且本实用新型可以以具体描述的之外的方式来实施。