轴承组件和包括该轴承组件的涡轮增压器的制作方法

1.本实用新型总体上涉及一种用于将压缩空气递送至内燃机的涡轮增压器。


背景技术：

2.涡轮增压器接收来自内燃机的排气并且将压缩空气递送至内燃机。涡轮增压器用于增加内燃机的功率输出，降低内燃机的燃料消耗，并减少由内燃机产生的排放。通过涡轮增压器将压缩空气递送至内燃机允许内燃机更小，然而能够产生与更大的自然吸气式内燃机相同或相似的马力的量。在车辆中较小的内燃机减少了车辆的质量和空气动力学前部面积，这有助于减少内燃机的燃料消耗并提高车辆的燃料经济性。
3.典型的涡轮增压器包括：沿着轴线在第一轴部分与沿着该轴线与第一轴部分间隔开的第二轴部分之间延伸的轴、联接到该轴的第一轴部分的压缩机叶轮、以及联接到该轴的第二轴部分的涡轮机叶轮。典型的涡轮增压器还包括轴承组件，该轴承组件被布置在该轴的第一轴部分与第二轴部分之间。该轴承组件被联接到该轴上用于支撑该轴的旋转。
4.典型的轴承组件包括第一内座圈、第二内座圈和外座圈。该第一和第二内座圈与该轴具有过盈配合。这些轴承组件还包括被布置在外座圈和第一内座圈之间用于支撑轴的旋转的第一滚动元件，以及被布置在外座圈和第二内座圈之间用于支撑轴的旋转的第二滚动元件。
5.在典型的轴承组件中的部件被安排成下述配置，其中该第一和第二滚动元件的预加载受到这些部件的公差的负面影响，特别是受到该第一和第二内座圈与该轴之间的公差的负面影响，因为在该第一和第二内座圈与该轴之间需要过盈配合。第一和第二滚动元件的预加载也受典型轴承组件的部件的热变形的影响，因为部件的热变形恶化了部件的公差对轴承组件的影响。因此，典型轴承组件的部件不能在第一和第二滚动元件上保持足够的力，以预加载第一和第二滚动元件，从而导致第一和第二滚动元件的打滑。或者，当预加载第一和第二滚动元件时，典型轴承组件的部件在第一和第二滚动元件上施加过大的力，从而导致轴承组件过早失效。
6.因此，仍然需要提供一种用于涡轮增压器的改进的轴承组件。


技术实现要素：

7.公开了一种涡轮增压器。该涡轮增压器将压缩空气递送至内燃机。该涡轮增压器包括：沿着轴线a在第一轴部分与沿着轴线a与第一轴部分间隔开的第二轴部分之间延伸的轴、联接到该轴的第一轴部分的压缩机叶轮、以及联接到该轴的第二轴部分的涡轮机叶轮。该涡轮增压器还包括轴承组件，该轴承组件被布置在轴的第一轴部分与第二轴部分之间，并且轴承组件联接到轴上用于支持轴的旋转。
8.该轴承组件包括内座圈、第一外座圈、以及第二外座圈。第一内座圈在轴的第一轴部分与第二轴部分之间联接到轴上。第一外座圈邻近轴的第一轴部分，并且与内座圈径向间隔开。第二外座圈邻近轴的第二轴部分，并且沿着轴线与第一外座圈间隔开并且与内座
圈径向间隔开。该轴承组件还包括被布置在第一外座圈与内座圈之间用于支撑轴的旋转的第一滚动元件，以及被布置在第二外座圈与内座圈之间用于支撑轴的旋转的第二滚动元件。
9.该轴承组件进一步包括联接到第一外座圈上的第一偏置构件。第一偏置构件被配置成用于将第一外座圈朝向第二外座圈并且抵靠第一滚动元件偏置以预加载第一滚动元件。该轴承组件还包括联接到第二外座圈上的第二偏置构件。第二偏置构件被配置成用于将第二外座圈朝向第一外座圈并且抵靠第二滚动元件偏置以预加载第二滚动元件。
10.与典型的轴承组件相比，轴承组件中的部件的布置允许第一和第二滚动元件的更一致的预加载。更具体地，轴承组件中的部件的布置使轴承组件中的部件的公差对第一和第二滚动元件的预加载的影响最小化。具体地，内座圈与第一和第二外座圈的由第一和第二偏置构件朝向彼此偏置的组合限制了内座圈与轴之间具有的公差的冲击。
11.另外，部件的布置限制了热变形对第一和第二滚动元件的预加载所具有的影响，因此进一步限制了公差对轴承组件所具有的影响。这样，该轴承组件中的部件的布置始终施加适当的力以对第一和第二滚动元件进行预加载，而不会使第一和第二滚动元件打滑并且不会有轴承组件过早失效的风险。
附图说明
12.当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本实用新型的其它优点将变得更好理解，其中：
13.图1是沿着轴线a延伸的涡轮增压器的示意图；
14.图2a是涡轮增压器的截面视图，其中内座圈是单一部件；
15.图2b是涡轮增压器的截面视图，其中内座圈包括第一内座圈和第二内座圈；
16.图2c是涡轮增压器的截面视图，其中内座圈包括被布置在第一内座圈与第二内座圈之间的间隔件；
17.图3a是图2a
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2c所示的涡轮增压器的截面视图，其中第一外座圈具有凹形的第一座圈表面；并且
18.图3b是图2a
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2c所示的涡轮增压器的截面视图，其中第一外座圈具有平坦的第一座圈表面。
具体实施方式
19.参考附图，其中在全部几个视图中相同的数字表示相同的部件，涡轮增压器10在图1中示意性地示出。涡轮增压器10接收来自内燃机的排气以便将压缩空气递送至内燃机。涡轮增压器10包括：沿着轴线a在第一轴部分14与沿着轴线a与第一轴部分14间隔开的第二轴部分16之间延伸的轴12、联接到轴12的第一轴部分14的压缩机叶轮18、以及联接到轴12的第二轴部分16的涡轮机叶轮20。涡轮增压器10还包括轴承组件 22，该轴承组件被布置在轴12的第一轴部分14与第二轴部分16之间。虽然不要求，但是轴12的第一轴部分14可以靠近轴12的邻近压缩机叶轮18的端部，并且轴12的第二轴部分16可以靠近轴12的靠近涡轮机叶轮20的端部。轴承组件22被联接到轴12上用于支持轴12的旋转。
20.压缩机叶轮18可以被布置在压缩机壳体42中，涡轮机叶轮20可以被布置在涡轮机
壳体40中，并且轴承组件22可以被布置在轴承壳体38 中。另外，涡轮增压器10可以具有背板44，该背板被布置在压缩机壳体 42与轴承壳体38之间，涡轮机壳体40与轴承壳体38之间，或被布置在压缩机壳体42、涡轮机壳体40、以及轴承壳体38中的任一个内。
21.轴承组件22包括内座圈24、第一外座圈26和第二外座圈28，如图 2a
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2c所示。内座圈24沿着轴线a延伸并且在轴12的第一轴部分14与第二轴部分16之间联接到轴12上。第一外座圈26邻近轴12的第一轴部分14，并且与内座圈24径向间隔开。第二外座圈28邻近轴12的第二轴部分16，并且沿着该轴线与第一外座圈26间隔开并且与内座圈24径向间隔开。该轴承组件22还包括被布置在第一外座圈26与内座圈24之间用于支撑轴12的旋转的第一滚动元件30，以及被布置在第二外座圈28与内座圈24之间用于支撑轴12的旋转的第二滚动元件32。
22.轴承组件22的第一滚动元件30可以是第一滚珠轴承68。类似地，轴承组件22的第二滚动元件32可以是第二滚珠轴承70。然而，应当理解，第一滚动元件30和第二滚动元件32可以是任何数量的几何形状，包括圆柱形，并且可以是衬套或滚柱轴承。
23.轴承组件22进一步包括联接到第一外座圈26上的第一偏置构件34。该第一偏置构件34被配置成用于将第一外座圈26朝向第二外座圈28并且抵靠第一滚动元件30偏置以便对第一滚动元件30进行预加载。轴承组件22还包括联接到第二外座圈28的第二偏置构件36。第二偏置构件36 被配置成用于将第二外座圈28朝向第一外座圈26并且抵靠第二滚动元件32偏置以预加载第二滚动元件32。
24.与典型的轴承组件相比，包括内座圈24，第一和第二外座圈26、28，第一和第二滚动元件30、32以及第一和第二偏置构件34、36的轴承组件 22中的部件的安排允许第一和第二滚动元件30、32的更一致的预加载。更具体地，轴承组件22中的部件的布置使轴承组件22中的部件的公差对第一滚动元件30和第二滚动元件32的预加载的影响最小化。特别地，内座圈24与通过第一和第二偏置构件34、36而朝向彼此偏置的第一和第二外座圈26、28的组合限制了内座圈24与轴12之间具有的公差的影响。
25.另外，部件的布置限制了热膨胀对第一和第二滚动元件30、32的预加载的影响，因此进一步限制了公差对轴承组件22的影响。照此，轴承组件22中的部件的布置始终施加适当的力以对第一滚动元件30和第二滚动元件32进行预加载，而不会使第一滚动元件30和第二滚动元件32打滑并且不会有轴承组件22过早失效的风险。
26.这些部件的安排被配置成用于对第一滚动元件30施加第一力。这些部件的安排还被配置成用于对第二滚动元件32施加第二力。该第一力是在例如图2a
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3b所示的第一方向d1的方向上，以对第一滚动元件30进行预加载。类似地，第二力沿另一方向，例如图2a
‑
3b所示的第二方向d2，来预加载第二滚动元件32。第一力可以被配置成所施加于其中的第一方向 d1可以是径向朝向轴12并且轴向朝向第二外座圈28。即，如图2a
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2c所示，第一方向d1大致为圆锥状。类似地，第二力可以被配置成所施加于其中的第二方向d2可以是径向朝向轴12并且轴向朝向第一外座圈26。即，如图2a
‑
2c所示，第二方向d2大致为圆锥状。在这些实施方案中，第一方向d1和第二方向d2相交以限定“x”形状。另外，在这些实施例中，第一力和第二力被配置成分别所施加于其中的第一方向d1和第二方向d2 均相对于轴线a轴向和径向向内。
27.该第一和第二偏置构件34、36施加适当的力以对第一和第二滚动元件30、32进行
预加载。更具体地，第一偏置构件34在基本上平行于轴线 a并且在第一偏置方向bd1上针对于第一外座圈26施加第一偏置力。类似地，第二偏置构件36在基本上平行于轴线a并且在第二偏置方向bd2 上针对于第二外座圈28施加第二偏置力。除了其他选项之外，第一偏置构件34和第二偏置构件36可以联接至轴承壳体38、涡轮机壳体40、压缩机壳体42以及背板44中的至少一个。第一和第二偏置构件34、36可以是弹簧，特别是盘簧或波形弹簧。
28.在一些实施例中，如图3a和图3b结合图2a
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2c最佳示出的，第一外座圈26具有相对于与第一滚动元件30接触的轴线a成角度地倾斜的第一座圈表面46，并且第二外座圈28具有相对于与第二滚动元件32接触的轴线a成角度地倾斜的第二座圈表面48。在具有第一座圈表面46和第二座圈表面48的实施例中，第一座圈表面46被配置成用于在第一方向d1 上针对于第一滚动元件30施加第一力以对第一滚动元件30进行预加载，并且第二座圈表面48被配置成用于在第二方向d2上针对于第二滚动元件 32施加第二力以对第二滚动元件32进行预加载。第一力可以围绕轴线a 部分地或完全地周向地施加，并且第二力可以围绕轴线a部分地或完全地周向地施加。
29.在涡轮增压器10的运行过程中，第一偏置构件34在第一偏置方向 bd1上对第一外座圈26施加第一偏置力。第一外座圈26的第一座圈表面 46针对于第一滚动元件30将在第一偏置方向bd1上的第一偏置力重定向至第一方向d1上的第一力，以便对第一滚动元件30进行预加载。类似地，在涡轮增压器10的运行过程中，第二偏置构件36针对于第二外座圈28 在第二偏置方向bd1上施加第二偏置力。第二外座圈28的第二座圈表面 48针对于第二滚动元件32将在第二偏置方向bd1上的第二偏置力重定向至在第二方向d1上的第二力，以便对第二滚动元件32进行预加载。
30.虽然不要求，但在具有第一和第二座圈表面46、48的实施例中，第一力被配置成所施加于其中的第一方向d1径向朝向轴12并且轴向朝向第二外座圈28两者，并且第二力被配置成所施加于其中的第二方向d2径向朝向轴12并且轴向朝向第一外座圈26。在这些实施例中，第一方向d1 和第二方向d2可以相交以限定“x”形状。另外，在这些实施例中，第一力和第二力被配置成分别所施加于其中的第一方向d1和第二方向d2均相对于轴线a轴向和径向向内。
31.在某些实施例中，第一和第二座圈表面46、48是凹形的。图3a描绘出第一座圈表面46是凹形的。在其他实施例中，第一和第二座圈表面46、 48是平面的。图3b描绘出第一座圈表面46为平面。应当理解，第一座圈表面46和第二座圈表面48可以具有任何几何形状，包括凸形和多边形，以及其他可能的形状。
32.第一外座圈26的第一座圈表面46可以相对于轴线a从60度倾斜至 85度，可以相对于轴线a从65度倾斜至80度，并且可以相对于轴线a 从66度倾斜至75度。应当理解，该范围仅仅是示范性的。例如，第一外座圈26的第一座圈表面46可以相对于轴线a成角度地倾斜超过85度，或第一外座圈26的第一座圈表面46可以相对于轴线a成角度地倾斜小于 60度。
33.应当理解，第一外座圈26的第一座圈表面46相对于轴线a有角度地倾斜的程度可以与第一轴承接触角互补，在该第一轴承接触角处，第一滚动元件30相对于沿着轴线a的径向截面与第一外座圈26和内座圈24接触。所述不同地，第一外座圈26的第一座圈表面46成角度地倾斜的度数可以与第一轴承接触角的度数相加以等于90度。该第一轴承接触角的度数可以是从5度至30度、可以是从10度至25度、或可以是从15度至24 度。
34.第二外座圈28的第二座圈表面48可以相对于轴线a从60度倾斜至 85度，可以相对于轴线a从65度倾斜至80度，并且可以相对于轴线a 从66度倾斜至75度。应当理解，该范围仅仅是示例性的。例如，第二外座圈28的第二座圈表面48可以相对于轴线a成大于85度的角度倾斜，或者第二外座圈28的第二座圈表面48可以相对于轴线a成小于60度的角度倾斜。
35.应当理解，第二外座圈28的第二座圈表面48相对于轴线a有角度地倾斜的程度可以与第二轴承接触角互补，在该第二轴承接触角处，第二滚动元件32相对于沿着轴线a的径向截面与第二外座圈28和内座圈24接触。所述不同地，第二外座圈28的第二座圈表面48成角度地倾斜的度数可以与第二轴承接触角的度数相加以等于90度。该第二轴承接触角的度数可以是从5度至30度、可以是从10度至25度、或可以是从15度至24 度。
36.虽然不要求，但轴承组件22可以进一步包括包括第一外座圈26的第一挤压膜阻尼器杯50，并且轴承组件22可以进一步包括包括第二外座圈 28的第二挤压膜阻尼器杯52。应当理解，第一挤压膜阻尼器杯50和第一外座圈26可以彼此一体地形成。可替代地，第一挤压膜阻尼器杯50和第一外座圈26可以是分开的部件。在第一挤压膜阻尼器杯50是与第一外座圈26分离的部件的实施例中，第一外座圈26可以压配合在第一挤压膜阻尼器杯50中或以其他方式物理地固定到第一挤压膜阻尼器杯上。类似地，可以理解的是，第二挤压膜阻尼器杯52和第二外座圈28可以彼此一体地形成。可替代地，第二挤压膜阻尼器杯52和第二外座圈28可以是分开的部件。在第二挤压膜阻尼器杯52是与第二外座圈28分离的部件的实施例中，第二外座圈28可以压配合在第二挤压膜阻尼器杯52中或以其他方式物理地固定到第二挤压膜阻尼器杯上。
37.该第一和第二挤压膜阻尼器杯50、52允许润滑剂层或膜存在于第一和第二挤压膜阻尼器杯50、52与轴承壳体38、涡轮机壳体40、压缩机壳体42、或背板44以及其他选项之间。润滑剂层或膜阻尼轴承组件22的振动，防止涡轮增压器10中的噪声、振动和声振。
38.在某些实施例中，第一挤压膜阻尼器杯50、第一外座圈26、第二挤压膜阻尼器杯52以及第二外座圈28中的至少一个具有防旋转元件54，防旋转元件被配置成用于防止在围绕该轴承组件布置的壳体56与第一挤压膜阻尼器杯50、第一外座圈26、第二挤压膜阻尼器杯52以及第二外座圈 28中的至少一个之间的旋转。
39.换言之，抗旋转元件54可以防止壳体56与第一挤压膜阻尼器杯50 之间的旋转，可以防止壳体56与第一外座圈26之间的旋转，可以防止壳体56与第二挤压膜阻尼器杯52之间的旋转，可以防止壳体56与第二外座圈28之间的旋转，或者可以防止壳体56与第一挤压膜阻尼器杯50、第一外座圈26、第二挤压膜阻尼器杯52以及第二外座圈28的任何组合之间的旋转。壳体56可以是轴承壳体38、涡轮机壳体40、压缩机壳体42、或背板44；并且防旋转元件54可以是能够容纳在壳体56的孔中的销、螺栓、螺柱或任何其他公端子构件。
40.在一些实施例中，第一外座圈26和第一挤压膜阻尼器杯50中的至少一个具有远离轴12径向延伸的第一肩部58，该第一肩部直接联接到第一偏置构件34，以便将第一外座圈26和第一挤压膜阻尼器杯50中的至少一个朝向第二外座圈28偏置。所述不同的是，第一外座圈26可以具有背离轴12径向延伸的第一肩部58，并且第一偏置构件34可以直接联接到第一肩部58上以便将第一外座圈26朝向第二外座圈28偏置。可替代地，第一挤压膜阻尼器杯50可以具有远离轴12径向延伸的第一肩部58，并且第一偏置构件34可以直接联接到第一肩部以将第一挤压膜阻尼器杯50朝向第二外座圈28偏置。
41.在第一外座圈26或第一挤压膜阻尼器杯50具有第一肩部58的实施例中，第二外座圈28和第二挤压膜阻尼器杯52中的至少一个具有远离轴 12径向延伸的第二肩部60，该第二肩部直接联接到第二偏置构件36，以便将第二外座圈28和第二挤压膜阻尼器杯52中的至少一个朝向第一外座圈26偏置。所述不同地，第二外座圈28可以具有远离轴12径向延伸的第二肩部60，并且第二偏置构件36可以直接联接到第二肩部60上以便将第二外座圈28朝向第一外座圈26偏置。可替代地，第二挤压膜阻尼器杯 52可以具有远离轴12径向延伸的第二肩部60，并且第二偏置构件36可以直接联接到第二肩部以将第二挤压膜阻尼器杯52朝向第一外座圈26偏置。
42.在轴承组件22包括第一肩部58的实施例中，第一偏置构件34可以被配置成通过在轴向朝向第二肩部60的第一偏置方向bd1上针对于第一肩部58施加第一偏置力而将第一外座圈26朝向第二座圈28偏置。另外，在轴承组件22包括第二肩部60的实施例中，第二偏置构件36可以被配置成通过在轴向朝向第一肩部58的第二偏置方向bd2上针对于第二肩部 60施加第二偏置力而将第二外座圈28朝向第一外座圈26偏置。
43.轴承组件22的内座圈24可以具有多种设计，如图2a、2b和2c所示。在一个实施例中，如图2a所示，内座圈24是单一部件。换言之，内座圈24可以大致在轴12的第一轴部分14与第二轴部分16之间延伸，使得内座圈24在第一滚动元件30与第二滚动元件32之间是单一部件。
44.可替代地，如图2b所示，内座圈24可以包括布置在第一外座圈26 与轴12之间的第一内座圈62，并且可以包括布置在第二外座圈28与轴 12之间的第二内座圈64。在具有第一内座圈62和第二内座圈64的实施例中，第一内座圈62和第二内座圈64是分开的部件。第一内座圈62可以大致从轴12的第一轴部分14朝向第二内座圈64延伸。类似地，第二内座圈64可以大致从轴12的第二轴部分16朝向第一内座圈62延伸。第一内座圈62和第二内座圈64可以在大致布置在轴12的第一轴部分和第二轴部分16之间的位置中彼此接触。第一内座圈62和第二内座圈64可以关于大致布置在轴12的第一轴部分14和第二轴部分16之间的位置镜像对称。
45.在又一实施例中，如图2c所示，轴承组件22进一步包括布置在第一内座圈62和第二内座圈64之间的间隔件66，以将第一内座圈62保持在第一外座圈26和轴12之间，并将第二内座圈64保持在第二外座圈28和轴12之间。该间隔件66可以被布置在大致布置在轴12的第一轴部分14 与第二轴部分16之间的位置中。该间隔件66是相对便宜的并且允许第一内座圈62和第二内座圈64更小，因此节省了第一内座圈62和第二内座圈64的制造成本。在具有间隔件66的实施例中，第一内座圈62和第二内座圈64也可以关于大致布置在轴12的第一轴部分14和第二轴部分16 之间的位置镜像对称。
46.已经以示例性的方式描述了本实用新型，并且应当理解，所使用的术语是描述性的而不是限制性的。根据以上教导，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不同于具体描述的方式实施。