CN108488228A - 一种涡轮增压器用滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明属于滚动轴承领域，具体涉及一种涡轮增压器用滚动轴承，包括外圈、中圈、内圈、第一滚动体与第二滚动体；外圈、中圈与内圈从到内依次设置；第一滚动体经由第一保持架引导能在外圈与中圈之间滚动，形成外层滚动单元；第二滚动体经由第二保持架引导能在内圈与中圈之间滚动，形成内层滚动单元。其能有效地降低摩擦损失，提高增压器效率，增加发动机低速增压压力，提高低速扭矩，增加增压器响应能力；还能提高轴承可靠性，从而提高增压器整体寿命；同时降低轴承制造时的设计、材料、工艺等要求，降低成本。

Description

一种涡轮增压器用滚动轴承
技术领域
本发明属于滚动轴承领域，具体涉及一种涡轮增压器用滚动轴承。
背景技术
轴承是涡轮增压***中的重要元件之一，与压气机和涡轮机一起成为增压器的重要组成部分。增压器总效率ηTC是由三个部分组成：
ηTC＝ηC·ηT·ηM
即压气机效率ηC、涡轮效率ηT和机械效率ηM三者的乘积，显然通过提高轴承效率以提高机械效率。对于涡轮增压器，滚动轴承是其常用的轴承方案，但是由于其机械效率不高，在一些高性能增压器上不能满足要求。滚动轴承摩擦比滑动轴承小得多。滚动轴承的效率一般为0.95‐0.97，而滑动轴承的效率只有0.85‐0.88。在相同条件下，用滚动轴承代替滑动轴承，增压器总效率可以提高5％‐7％，在排气流量小的情况下甚至可以提高到20％。增压器总效率提高后在发动机低速情况下可以获得更高的压比，从而大大的改善发动机的低速工况。
同时，在实际经验得出，轴承是增压器结构中的薄弱环节，增压器的寿命很大程度上取决于轴承的寿命。车用涡轮增压器，转速普遍为每分钟8万到15万转，最高的已达到每分钟26万转。因此高效率和高可靠性是增压器对轴承***的要求。
因此，对增压器轴承的性能优化可以有效地提升增压器整体的性能。其中轴承的优化主要通过两方面进行：一是通过减少轴承摩擦阻力来提升增压器的总效率，增压器总效率提高后在发动机低速情况下可以获得更高的压比，从而大大的改善发动机的低速工况，同时在瞬态响应方面也可以得到提升。二是提高轴承的寿命。因此高效率和高可靠性是增压器对轴承***的要求。
针对以上两点要求，增压器滚动轴承是可行的解决方案之一，目前已经有不少轴承厂商开发了相关产品，典型的方案如以下专利所述：CN：201420065517.4涡轮增压器用球轴承单元，由单一圆筒构成且具有多列外圈滚道面的外圈；具有多列与上述外圈滚道面分别相对的内圈滚道面的两个内圈；在上述外圈滚道面与上述内圈滚道面之间滚动自如的两列滚珠。CN 201110096507.8涡轮增压器轴承，一种涡轮增压器轴承，它包括外圈体、左内圈体与右内圈体，在外圈体上开设有定位孔与排油孔，左内圈体安装在外圈体的左段内部，右内圈体安装在外圈体的右段内部，在左、右内圈体与外圈体之间设有滚珠，在滚珠外设有保持架；在外圈体上开设有倾斜指向滚珠的喷油孔。CN 201480060336.5涡轮增压器双滚珠轴承***，一种用于涡轮增压器的轴承***，包括轴承壳体，所述轴承壳体具有第一端部和第二端部，其中所述轴承壳体界定中心通道。第一滚珠轴承和第二滚珠轴承由所述轴承壳体接收。所述第二滚珠轴承与所述第一滚珠轴承隔开。CN 201580017953.1用于废气涡轮增压器的滚动轴承及用于滚动轴承的保持架。一种用于废气涡轮增压器的滚动轴承，该滚动轴承包括外圈和内圈，经由保持引导的滚动体在它们之间滚动。
但这些方案都采用了传统标准轴承的方案，即采用单层滚动体方案，这在低速运用时没问题。但是车用涡轮增压器，转速普遍为每分钟8万到15万转，最高的已达到每分钟26万转。在如此高的转速下，滚动体线速度非常高，滚动体与滚道之间的应力也很大，这在设计、材料、工艺上面的要求非常高，造成目前增压器滚动轴承制造难度大，供应商少，价格昂贵，应用较少。
发明内容
本发明提供一种涡轮增压器用滚动轴承，其能有效地降低摩擦损失，提高增压器效率，增加发动机低速增压压力，提高低速扭矩，增加增压器响应能力；还能提高轴承可靠性，从而提高增压器整体寿命；同时降低轴承制造时的设计、材料、工艺等要求，降低成本。
为实现上述技术目的，本发明采取具体的技术方案为，一种涡轮增压器用滚动轴承，包括外圈、中圈、内圈、第一滚动体与第二滚动体；外圈、中圈与内圈从到内依次设置；第一滚动体经由第一保持架引导能在外圈与中圈之间滚动，形成外层滚动单元；第二滚动体经由第二保持架引导能在内圈与中圈之间滚动，形成内层滚动单元。
作为本发明改进的技术方案，第一保持架的外表面为第一保持架引导面，第一保持架引导面通过外圈的内壁进行限位。
作为本发明改进的技术方案，第二保持架的外表面为第二保持架引导面，第二保持架引导面通过中圈的内壁进行限位。
作为本发明改进的技术方案，第一滚动体采用陶瓷材质。
作为本发明改进的技术方案，第二滚动体采用陶瓷材质。
作为本发明改进的技术方案，外圈上的外表面设有承油用的承油槽，承油槽上沿轴承的轴向方向依次设有第一喷油孔与第二喷油孔；中圈的外表面设有第一凹陷部，第一凹陷部与第一喷油孔的位置对应，并且第一喷油孔喷射的润滑油能落入第一凹陷部；内圈的外表面设有第二凹陷部，第二凹陷部与第二喷油孔的位置对应，并且第二喷油孔喷射的润滑油能落入第二凹陷部。
作为本发明改进的技术方案，内圈采用两段式分体设计，包括第一内圈与第二内圈，第一内圈与第二内圈同轴设置，并且第一内圈轴向一端的内径小于另一端的内径，第二内圈轴向一端的内径小于另一端的内径；在安装时，第一内圈与第二内圈从轴向的一端到另一端内径逐渐增大。
作为本发明改进的技术方案，外圈的中部在径向的一端设有定位用的销孔，在另一端设有流通润滑油的泄油口。
有益效果
本发明的滚动轴承采用一体式设计，将内圈、中圈、第一滚动体、第二滚动体、第一保持架、第二保持架容纳于同一个外圈中，降低了传统标准轴承之间的装配精度要求，同时内部采用多层滚道的设计，实现降低滚动体、保持架等的线性速度，降低滚动体惯性力，减少滚道的应力，提高轴承极限转速，增加寿命、提高可靠性，降低摩擦损失。
同时滚动体采用陶瓷滚珠，相比金属材料滚珠硬度更大、更耐磨，同时材料密度更小，可以降低惯性力，同样可以提高轴承可靠性。
附图说明
图1本申请滚动轴承的剖面结构示意图；
图2本申请滚动轴承在A处的局部放大图；
图3本申请滚动轴承的具体应用示意图；
图中：1、滚动轴承；2、外圈；3、滚动体；31、第一滚动体；32、第二滚动体；4、第一内圈；5、第二内圈；6、销孔；7、泄油口；8、第一保持架；9、中圈；10、第二保持架；11、承油槽；12、第一喷油孔；13、第二喷油孔；14、第一凹陷部；15、第二凹陷部；16、第二保持架引导面；17、第一保持架引导面；18、压气机；19、密封板；20、中间体；21、轴封；22、涡轮机；23、进油孔；24、定位销；25、油道；26、油道；27、回油孔；28、档油板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的装置机构的特定限定。
由附图1获知滚动轴承1的剖面结构示意图，在本实施例中，滚动轴承1包括外圈2，相对于外圈2径向内置地设有内圈，在外圈2与内圈之间还设有中圈9；其中，外圈2的中部在径向的一端设有定位用的销孔6，在另一端设有流通润滑油的泄油口7；在外圈2与中圈9之间，形式为滚珠的第一滚动体31在外圈2与中圈9的相应轨道(图中未显示)上滚动，第一滚动体31经由第一保持架8引导在外圈2与中圈9间滚动，形成外层滚动单元；在中圈9与内圈之间，形式为滚珠的第二滚动体32在中圈9与内圈的相应轨道上滚动，第二滚动体32经由第二保持架10引导在中圈9与内圈间滚动，形成内层滚动单元；当前，滚动轴承1可以单列地或两列的实施。并且外圈2、中圈9、内圈、第一滚动体31、第一保持架8、第二滚动体32、第二保持架10，为一体式设计。
在当前，第一保持架8在第一滚动体31旋转时，第一保持架8的外表面为第一保持架引导面17，第一保持架引导面17通过外圈2的内壁限位，并通过中圈9和第一滚动体31转动离心力作用下飞溅的润滑油进行润滑。
在当前，第二保持架10在第二滚动体32旋转时，第二保持架10的外表面为第二保持架引导面16，第二保持架引导面16通过中圈9的内壁限位，并且通过内圈和第二滚动体32转动离心力作用下飞溅的润滑油进行润滑。
具体应用时，由于滚动轴承1内部采用多层滚道(外层滚动单元、内层滚动单元)的设计，可以降低滚动体3、第一保持架、第二保持架等的线性速度，降低滚动体3惯性力，减少滚道的应力，提高轴承极限转速，增加寿命、提高可靠性。
现为了充分润滑滚动轴承1，减少第一滚动体31与外圈2、中圈9间的摩擦，第二滚动体32与内圈、中圈9间的摩擦，外圈2上的外表面设有承油用的承油槽11，承油槽11上沿滚动轴承的轴向方向依次设有第一喷油孔12与第二喷油孔13；中圈9的外表面设有第一凹陷部14，第一凹陷部14与第一喷油孔12的位置对应，并且第一喷油孔12喷射的润滑油能落入第一凹陷部14；内圈的外表面设有第二凹陷部15，第二凹陷部15与第二喷油孔13的位置对应，并且第二喷油孔13喷射的润滑油能落入第二凹陷部15。具体应用时，有一定压力(具体值根据实际情况设定)的润滑油通过外部通道流入承油槽11，通过第一喷油孔12和第二喷油孔13喷射到中圈9和内圈上面，用于冷却润滑第一滚动体31、第二滚动体32、第一保持架8、第二保持架10和滚道。同时中圈9上面设置有第一凹陷部14用于收集、引导第一喷油孔12喷射出的润滑油，使得润滑油可以顺利流入第一滚动体31部分。同理内圈上面设置有第二凹陷部15用于收集、引导第二喷油孔13喷射出的润滑油，使得润滑油可以顺利流入第二滚动体32部分。(如图2所示)。
本发明的另一技术方案是，如图1所示，整个轴承内圈采用分体设计，同时由第一内圈4和第二内圈5组成，第一内圈4与第二内圈5同轴设置，为了轴的安装精度和安装方便问题，第一内圈4和第二内圈5采用阶梯形式，并且第一内圈4一侧的直径D1、另一侧的直径D2，第二内圈5一侧的直径D3、另一侧的直径D5的尺寸关系为：D1<D2<D3<D4。
滚动体3(第一滚动体31、第二滚动体32)采用陶瓷材料制作，相比金属材料滚珠硬度更大、更耐磨，同时材料密度更小，可以降低惯性力，同样可以提高轴承可靠性。
图3为一种涡轮增压器用滚动轴承1的典型应用方案，
说明：这里中涡轮增压器为现有技术，只是将滚动轴承1更换为本申请的滚动轴承1。
如图3所示，滚动轴承1内置于增压器中间体20中；增压器中间体20的一端密封性连接于压气机18、另一端设有涡轮机22；涡轮机22的轴安装于滚动轴承1的内圈中，二者同轴设置，并且涡轮机22的轴的外径与内圈(第一内圈4、第二内圈5)的内径尺寸一致，均为阶梯式；滚动轴承1与涡轮机轴小尺寸的一端采用轴封21与密封板19密封；增压器中间体20的外表面沿径向设有进油口23，进油口23中设有油道25、与定位孔；采用销钉将增压器上定位孔与滚动轴承1上的销孔6固定在一起，实现滚动轴承1与涡轮增压器的径向和轴向的限位；油道25同时连通于第一喷油孔12与第二喷油孔13(本实施例中滚动轴承1采用的是双列，油道25是连接于其中一列中的第一喷油孔12与第二喷油孔13)；图3中油道26是连接于另一列中的第一喷油孔(图中没有另外标记)与第二喷油孔(图中没有另外标记)；滚动轴承1的泄油孔连通于增压器中间体上设置的回油孔27(回油孔的设于增压器中间体上并与进油口23的位置对应)。
具体应用时，润滑油通过进油口23进入增压器内部，再通过油道25、油道26导入到滚动轴承1的承油槽11内，再通过第一喷油孔12和第二喷油孔13喷入滚动轴承1内部，起到润滑冷却作用；
利用完的润滑油流到外圈22的下部，通过泄油孔7流出。滚动轴承1右侧设的档油板28(挡油板设于滚动轴承1的另一侧，并与密封板19相对应)，防止侧面泄露的机油流入涡轮机22处。滚动轴承11左侧通过密封板19和轴封21进行密封，防止润滑油进入压气机18处。最终从泄油孔7流出和滚动轴承1两侧泄露的机油汇集到回油孔27处，导出增压器。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，包括外圈、中圈、内圈、第一滚动体与第二滚动体；外圈、中圈与内圈从外到内依次设置；第一滚动体经由第一保持架引导能在外圈与中圈之间滚动，形成外层滚动单元；第二滚动体经由第二保持架引导能在内圈与中圈之间滚动，形成内层滚动单元。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，第一保持架的外表面为第一保持架引导面，第一保持架引导面通过外圈的内壁进行限位。
3.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，第二保持架的外表面为第二保持架引导面，第二保持架引导面通过中圈的内壁进行限位。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，第一滚动体采用陶瓷材质。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，第二滚动体采用陶瓷材质。
6.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，外圈上的外表面设有承油用的承油槽，承油槽上沿轴承的轴向方向依次设有第一喷油孔与第二喷油孔；中圈的外表面设有第一凹陷部，第一凹陷部与第一喷油孔的位置对应，并且第一喷油孔喷射的润滑油能落入第一凹陷部；内圈的外表面设有第二凹陷部，第二凹陷部与第二喷油孔的位置对应，并且第二喷油孔喷射的润滑油能落入第二凹陷部。
7.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，内圈采用两段式分体设计，包括第一内圈与第二内圈，第一内圈与第二内圈同轴设置，并且第一内圈轴向一端的内径小于另一端的内径，第二内圈轴向一端的内径小于另一端的内径；在安装时，第一内圈与第二内圈从轴向的一端到另一端内径逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器用滚动轴承，其特征在于，外圈的中部在径向的一端设有定位用的销孔，在另一端设有流通润滑油的泄油口。
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