一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构的制作方法

本发明属于涡轮增压器，尤其是涉及一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构。

背景技术：

1、随着我国排放法规的升级和对节能减排的重视，车辆用内燃机技术也向着低排放、低油耗、高可靠和高功率密度的方向发展。涡轮增压技术是提高车辆发动机效率和节能降耗的有效途径，其利用高温废气驱动涡轮，带动同轴压气机叶轮高速转动而给发动机气缸送入更高压力和密度的压缩空气，进而实现增加发动机输出功率的目的。涡轮增压器在正常运行时一般处于高速运转状态，转速在几万转每分钟～十万每分钟，滚珠轴承增压器正常工作转速可达几十万每分钟。密封结构是涡轮增压系统中关键结构之一，其布置于压气机、涡轮与轴承腔之间，主要用于防止压气机背部空气或涡轮端高温燃气进入轴承腔而污染机油，同时也防止机油进入压气机端或涡轮端而造成“烧机油”现象或大量漏油的发生，其密封性能的优劣直接影响整个涡轮增压系统的工作性能、使用寿命及经济性。目前涡轮增压器压气机端与轴承腔之间的密封一般采用接触式涨圈密封结构，其对机油泄漏的密封水平和对超高速运转工况的适应能力使其难以满足涡轮增压器超高速运行、怠速运行和频繁启停等不同工况下的严格密封要求。涡轮增压器压气机端密封一侧为压气机叶轮背部的空气，另一侧为轴承箱的润滑油。涡轮增压器在正常运行时压气机叶轮背部压力一般较高，能对轴承腔滑油形成正向压差，空气可能会通过密封间隙向轴承腔泄漏。在怠速或排气制动时，涡轮增压器转速一般只有3000-5000r/min，此时压气机叶轮背部压力较低，甚至是负压，此时机油容易在压差作用下向压气机端泄漏。气膜端面密封是一种以气体或气液混相介质为密封介质，通过密封端面的动静压型槽形成可观的流体膜承载力以平衡闭合力，进而实现密封端面之间有一层微米级厚度流体膜运行的非接触式机械密封，目前已在高速离心压缩机、离心泵等旋转设备中得到广泛应用，具有低泄漏、低磨损和长寿命等显著特点。目前国外相关单位已尝试将气膜端面密封用于涡轮增压器压气机叶轮与轴承腔之间，并在和适应不同运行工况方面表现出其他密封型式难以比拟的优势。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，以以解决滚珠轴承涡轮增压器复杂工况下稳定密封的问题，并提高密封件的使用寿命。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，包括间隔套、背盘、测力螺栓、涡轮转轴、叶轮、滚珠轴承和轴承体，叶轮、间隔套、滚珠轴承的内圈以及涡轮转轴的轴肩通过轴向预紧力紧固形成转子部分，转子部分与密封滑块通过非接触相对转动形成存在泵压差的密封气膜，背盘、滚珠轴承的外圈与轴承体固接形成定子部分；背盘一侧螺纹连接螺纹套筒，测力螺栓穿过螺纹套筒套入弹簧后与密封滑块连接，除在弹簧伸缩方向上移动外无其他自由度，且弹簧始终处在被螺纹套筒与密封滑块压缩的状态；密封滑块在背盘环形轨道中滑动，通过弹簧、螺纹套筒控制预紧力和密封气膜的厚度，通过测力螺栓与螺纹套筒测量并设定弹簧的预紧力。

4、进一步的，所述测力螺栓穿过螺纹套筒并套入弹簧后与密封滑块连接的结构沿周向均布。

5、进一步的，所述密封滑块设有密封滑块密封面，密封滑块密封面设有泵出型的螺旋槽。

6、进一步的，所述间隔套还设有间隔套密封面和间隔套甩油面，间隔套甩油面为锥形面，间隔套密封面为光滑圆环面且垂直于轴向，间隔套密封面与密封滑块密封面配合用于密封。

7、进一步的，所述密封滑块通过间隙配合在背盘的滑槽内窜动，密封滑块圆柱面外侧设有用于装入橡胶圈的橡胶圈密封槽。

8、进一步的，所述密封滑块的端面设有螺纹孔以及用于放置弹簧的弹簧槽，测力螺栓穿过螺纹套筒、弹簧后与螺纹孔连接。

9、进一步的，所述测力螺栓螺纹为细牙螺纹，螺帽带有自锁纹并且前端有便于测力仪器连接的耳朵结构。

10、进一步的，所述螺纹套筒外侧为精密细牙螺纹，一侧端面加工有螺丝刀头凹槽，另一侧端面加工有弹簧座凹槽。

11、进一步的，通过在所述叶轮左端拧入螺母将叶轮、间隔套、滚珠轴承的内圈压紧在涡轮转轴轴肩上。

12、进一步的，通过对所述弹簧初始预紧力以及工作时压缩量、压缩力的计算并结合橡胶圈的阻尼作用确定弹簧的长度和刚度。

13、相对于现有技术，本发明所述的滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构具有以下优势：

14、(1)本发明所述的滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，增压器随发动机暂停工作时，间隔套密封面与密封滑块密封面在预紧力下紧密接触，实现完全密封。

15、(2)本发明所述的滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，压器正常运转时，间隔套密封面与密封滑块密封面之间形成气膜间隙，既实现密封功能又大大降低了密封面的磨损。

16、(3)本发明所述的滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，测力螺栓与螺纹套筒的合理设计使得增压器在装配的最后阶段便捷且精确的测量并设定弹簧预紧力。

技术特征：

1.一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：包括间隔套、背盘、测力螺栓、涡轮转轴、叶轮、滚珠轴承和轴承体，叶轮、间隔套、滚珠轴承的内圈以及涡轮转轴的轴肩通过轴向预紧力紧固形成转子部分，转子部分与密封滑块通过非接触相对转动形成存在泵压差的密封气膜，背盘、滚珠轴承的外圈与轴承体固接形成定子部分；背盘螺纹连接螺纹套筒，测力螺栓穿过螺纹套筒套入弹簧后与密封滑块连接，除在弹簧伸缩方向上移动外无其他自由度，且弹簧始终处在被螺纹套筒与密封滑块压缩的状态；密封滑块在背盘环形轨道中滑动，通过弹簧、螺纹套筒控制预紧力和密封气膜的厚度，通过测力螺栓与螺纹套筒测量并设定弹簧的预紧力。

2.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：测力螺栓穿过螺纹套筒并套入弹簧后与密封滑块连接的结构沿周向均布。

3.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：密封滑块设有密封滑块密封面，密封滑块密封面设有泵出型的螺旋槽。

4.根据权利要求3所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：间隔套还设有间隔套密封面和间隔套甩油面，间隔套甩油面为锥形面，间隔套密封面为光滑圆环面且垂直于轴向，间隔套密封面与密封滑块密封面配合用于密封。

5.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：密封滑块通过间隙配合在背盘的滑槽内窜动，密封滑块圆柱面外侧设有用于装入橡胶圈的橡胶圈密封槽。

6.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：密封滑块的端面设有螺纹孔以及用于放置弹簧的弹簧槽，测力螺栓穿过螺纹套筒、弹簧后与螺纹孔连接。

7.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：测力螺栓螺纹为细牙螺纹，螺帽带有自锁纹并且前端有便于测力仪器连接的耳朵结构。

8.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：螺纹套筒外侧为精密细牙螺纹，一侧端面加工有螺丝刀头凹槽，另一侧端面加工有弹簧座凹槽。

9.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：通过在叶轮左端拧入螺母将叶轮、间隔套、滚珠轴承的内圈压紧在涡轮转轴轴肩上。

10.根据权利要求1所述的一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，其特征在于：通过对弹簧初始预紧力以及工作时压缩量、压缩力的计算并结合橡胶圈的阻尼作用确定弹簧的长度和刚度。

技术总结
本发明提供了一种滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，包括叶轮，叶轮、间隔套、滚珠轴承的内圈以及涡轮转轴的轴肩通过轴向预紧力紧固形成转子部分，转子部分与密封滑块通过非接触相对转动形成存在泵压差的密封气膜，背盘、滚珠轴承的外圈与轴承体固接形成定子部分；背盘连接螺纹套筒，测力螺栓穿过螺纹套筒、弹簧后与密封滑块连接，弹簧始终处在被螺纹套筒与密封滑块压缩的状态；密封滑块在背盘环形轨道中滑动，通过弹簧、螺纹套筒控制预紧力和密封气膜的厚度，通过测力螺栓与螺纹套筒测量并设定弹簧的预紧力。本发明所述的滚珠轴承涡轮增压器轴系密封结构，既实现密封功能又大大降低了密封面的磨损。

技术研发人员：刘畅,门日秀,刘继林,史鑫钰,王镇,姬世展
受保护的技术使用者：中国北方发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3