阅读说明：本技术 涡轮增压器轴向力测量用增压器装置、联轴器及测量方法 (Turbocharger axial direction power measurement supercharger arrangement, shaft coupling and measurement method ) 是由 赵力明 陈建军 闫鹏飞 郝晓静 闫瑞乾 李广瑞 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了涡轮增压器轴向力测量用增压器装置,包括压气机部分、涡轮部分和连接结构部分,所述压气机端轴承体内安装的叶轮轴与所述涡轮端轴承体内安装的涡轮轴通过所述柔性联轴器连接,所述压气机端轴承体的连接法兰与所述涡轮端轴承体的连接法兰通过联接套筒密封连接在一起,并通过丝杠固定连接；所述压气机组件和涡轮组件均包括止推结构,所述止推结构处均安装应变片,试验时应变片与二次仪表信号连接。本发明的装置,通过改变涡轮增压器的轴结构、加装联轴器和紧固装置,将其分成两个独立单元,实现柔性连接并且转速同步,能传递扭矩而不对轴向力产生影响,实现了压气机端轴向力的独立测试和涡轮端轴向力的独立测试。(The present invention provides turbocharger axial direction power measurement supercharger arrangements, including compressor part, turbine portion and connection structure part, the impeller shaft installed in the compressor end bearing body is connect with the turbine wheel shaft installed in the turbine end bearing body by the flexible clutch, the connecting flange of the compressor end bearing body and the connecting flange of the turbine end bearing body are sealed connected together by coupling sleeve, and are fixedly connected by lead screw；The compressor assemblies and turbine assembly include thrust structure, are respectively mounted foil gauge at the thrust structure, and foil gauge is connect with secondary meter signal when test.The device of the invention, by changing the axle construction of turbocharger, installing shaft coupling and clamp device additional, it is divided into two separate units, it realizes flexible connection and revolving speed is synchronous, torque can be transmitted without having an impact to axial force, realize the independent test for generator terminal axial force of calming the anger and the independent test of turbine end axial force.)

涡轮增压器轴向力测量用增压器装置、联轴器及测量方法

技术领域

本发明属于机电技术领域，尤其是涉及涡轮增压器轴向力测量用增压器装置、联轴器及测量方法。

背景技术

涡轮增压器的轴向力是压气机和涡轮轴向力的合力，涡轮增压器的压气机和涡轮均对推力轴承产生轴向力，不同工况下压气机和涡轮轴向力的方向和数值均发生变化。了解并评估不同工况下压气机和涡轮轴向力的方向和数值变化，对于改进压气机、涡轮的结构设计很重要。

但现有技术，只能测量整个涡轮增压器的轴向力合力，并不能单独测试压气机端或涡轮端的轴向力变化。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种涡轮增压器轴向力测量用增压器装置、联轴器及测量方法，实现了压气机端轴向力的独立测试和涡轮端轴向力的独立测试，解决了现有技术不能单独测试压气机和涡轮轴向力的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一方面提供了涡轮增压器轴向力测量用增压器装置，包括压气机部分、涡轮部分和连接结构部分，所述压气机部分包括压气机组件和与其固定连接的压气机端轴承体，所述涡轮部分包括涡轮组件和与其固定连接的涡轮端轴承体，所述连接结构部分包括柔性联轴器和联接套筒；所述压气机端轴承体内安装的叶轮轴与所述涡轮端轴承体内安装的涡轮轴通过所述柔性联轴器连接，所述压气机端轴承体的连接法兰与所述涡轮端轴承体的连接法兰通过联接套筒密封连接在一起，并通过丝杠固定连接；所述压气机组件和涡轮组件均包括止推结构，所述止推结构处均安装应变片，试验时应变片与二次仪表信号连接。

进一步的，所述压气机组件包括蜗壳、轴端螺母、压气机叶轮、蜗壳压板、压气机螺钉、轴封套、压气机密封环、压气机端左止推片、背盘、压气机端止推轴承板、背盘螺钉、压气机端右止推片和叶轮轴，所述蜗壳通过所述压气机螺钉与所述背盘连接在一起；所述背盘通过所述背盘螺钉与所述压气机端轴承体连接在一起；所述压气机端轴承体内通过轴承安装所述叶轮轴；所述叶轮轴位于轴承一的左侧位置处设有台阶结构，叶轮轴的台阶结构的左侧形成台阶面，所述台阶面上从右到左依次套接所述压气机端右止推片、所述压气机端止推轴承板、所述压气机端左止推片、所述轴封套、所述压气机叶轮、所述轴端螺母；所述压气机端止推轴承板固定在所述压气机端轴承体上；所述轴封套上设置所述压气机密封环，所述压气机密封环外接所述背盘的中心孔；所述压气机端左止推片与所述压气机端止推轴承板之间嵌入所述压气机端左应变片；所述压气机端止推轴承板与所述压气机端右止推片之间嵌入所述压气机端右应变片。

进一步的，所述涡轮组件包括涡轮端左止推片、涡轮端止推轴承板、涡轮端右止推片、涡轮箱螺钉、涡轮箱压板、涡轮轴、隔热罩、涡轮端密封环、涡轮箱、涡轮，所述涡轮端轴承体通过所述涡轮箱压板和所述涡轮箱螺钉与所述涡轮箱连接在一起；所述涡轮端轴承体内固定轴承三和轴承四，所述轴承三和所述轴承四内穿过所述涡轮轴；所述涡轮轴的右边连接所述涡轮；所述涡轮轴与所述涡轮的连接处有所述涡轮端密封环，所述涡轮端密封环外接所述涡轮端轴承体右端的中心孔；所述涡轮轴上位于轴承三的左侧设有台阶结构，台阶结构的左侧形成台阶面，所述涡轮轴的台阶面上从右到左依次套接所述涡轮端右止推片、所述涡轮端止推轴承板、涡轮端左止推片、所述压紧套；所述涡轮端止推轴承板固定在所述涡轮端轴承体上；所述涡轮端左止推片与所述涡轮端止推轴承板之间嵌入所述涡轮端左应变片；所述涡轮端止推轴承板与涡轮端右止推片之间嵌入所述涡轮端右应变片。

相对于现有技术，本发明装置具有以下优势：

本发明装置，通过改变涡轮增压器的轴结构、加装联轴器和紧固装置，将涡轮增压器分成两个独立单元，将压气机和涡轮实施了柔性连接并且转速同步，能传递扭矩而不对轴向力产生影响，实现了压气机端轴向力的独立测试和涡轮端轴向力的独立测试，解决了现有技术不能单独测试压气机和涡轮轴向力的问题。

本发明另一方面提供了一种涡轮增压器轴向力测量用柔性联轴器，所述柔性联轴器包括外套筒、滚珠和内套筒，所述外套筒为回转体结构，中心设有阶梯孔，所述外套筒的左端孔为用于固定左边轴的外套筒轴孔，阶梯孔分割处形成外套筒止回面；所述外套筒的右端孔为外套筒沉孔，沿所述外套筒的右侧端面往左钻4个孔，钻孔直径为所述滚珠的直径，钻孔深度小于外套筒沉孔的深度，形成4个圆弧面的外套筒滚道，外套筒滚道的内端位置处形成外套筒滚道台阶面；所述内套筒为回转体结构，中心设有用于连接右边轴的内套筒轴孔，外侧面包括直径不同的两段圆柱面，分别为内套筒圆柱面和外端圆柱面，所述内套筒圆柱面的直径小于所述外套筒沉孔的孔径，所述内套筒圆柱面的宽度与所述外套筒滚道的长度相同；所述内套筒的左端面为内套筒止回面，沿所述内套筒止回面往右钻4个孔，钻孔直径为所述滚珠的直径，钻孔深度与所述外套筒滚道的长度相同，形成有4个圆弧面的内套筒滚道；所述外套筒滚道与所述内套筒滚道之间放置所述滚珠。

进一步的，所述外套筒滚道的圆弧底与所述内套筒滚道的圆弧底之间的径向距离等于所述滚珠的直径；柔性联轴器装配时，左边轴与所述外套筒轴孔过盈配合；右边轴与所述内套筒轴孔过盈配合；使所述外套筒止回面与所述内套筒止回面先接触后，再离开10倍的轴向窜量。

相对于现有技术，本发明联轴器具有以下优势：

本发明通过联轴器改变涡轮增压器的轴结构，将压气机和涡轮实施了柔性连接并且转速同步，将涡轮增压器分成两个独立单元，能传递扭矩而不对轴向力产生影响，实现了压气机端轴向力的独立测试和涡轮端轴向力的独立测试，解决了现有技术不能单独测试压气机和涡轮轴向力的问题。

本发明另一方面提供了一种涡轮增压器轴向力测量方法，包括如下步骤：

步骤1，将涡轮增压器的压气机端和涡轮端分成两个部分，每一个部分均包括独立的轴、轴承润滑系统和止推结构；

步骤2，分别在压气机端和涡轮端的止推结构上安装应变片，将应变片信号引出到二次仪表上；

步骤3，对涡轮增压器的***零部件进行固定，使涡轮增压器的所有旋转件中心同轴；

步骤4，将压气机端的轴与涡轮端的轴通过柔性联轴器进行柔性连接，柔性联轴器能传递扭矩而不传递轴向力；

步骤5，安装涡轮增压器的空气及润滑油管路，完成涡轮增压器在自循环状态下不同转速的轴向力的测试。

本方法与上述装置的优势相同，再此不再进行赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例涡轮增压器轴向力测量用增压器装置结构示意图；

图2为本发明实施例一种涡轮增压器轴向力测量用柔性联轴器结构示意图；

图3为本发明实施例外套筒结构剖面示意图；

图4为本发明实施例内套筒结构剖面示意图；

图5为本发明实施例外套筒左视图；

图6为本发明实施例内套筒右视图。

附图标记说明：

1-蜗壳、2-轴端螺母、3-压气机叶轮、4-蜗壳压板、5-压气机螺钉、6-轴封套、7-压气机密封环、8-压气机端左止推片、9-背盘、10-压气机端左应变片、11-压气机端止推轴承板、12-背盘螺钉、13-压气机端右应变片、14-压气机端右止推片、15-压气机端轴承体、16-轴承一、17-连接螺母、18-叶轮轴、19-轴承二、20-丝杠、21-联接套筒、22-外套筒、23-滚珠、24-内套筒、25-压紧套、26-涡轮端左止推片、27-涡轮端左应变片、28-涡轮端止推轴承板、29-涡轮端右应变片、30-涡轮端右止推片、31-轴承三、32-涡轮箱螺钉、33-涡轮箱压板、34-涡轮端轴承体、35-涡轮轴、36-轴承四、37-隔热罩、38-涡轮端密封环、39-涡轮箱、40-涡轮、221-外套筒轴孔、222-外套筒止回面、223-外套筒沉孔、224-外套筒滚道、225-外套筒滚道台阶面、241-内套筒轴孔、242-内套筒圆柱面、243-内套筒止回面、244-内套筒滚道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的发明构思是：将涡轮增压器的压气机端和涡轮端分成两个部分，每一个部分包括独立的轴、轴承润滑系统和止推结构，止推结构上安装应变片，将应变片信号引出到二次仪表进行数据读取，实现压气机和涡轮端的分别测量。

图1为本实施例的涡轮增压器轴向力测量用增压器装置的结构示意图，包括压气机部分、涡轮部分和连接结构部分，

所述压气机部分包括压气机组件和与其固定连接的压气机端轴承体15，所述涡轮部分包括涡轮组件和与其固定连接的涡轮端轴承体34，所述连接结构部分包括柔性联轴器和联接套筒21；

所述压气机端轴承体15内通过轴承一16和轴承二19安装叶轮轴18，所述涡轮端轴承体34内通过轴承三31和轴承四36安装涡轮轴35，所述叶轮轴18与涡轮轴35通过所述柔性联轴器连接，所述压气机端轴承体15的连接法兰与所述涡轮端轴承体34的连接法兰通过联接套筒21密封连接在一起，并通过丝杠20固定连接。

本实施例所述压气机组件包括蜗壳1、轴端螺母2、压气机叶轮3、蜗壳压板4、压气机螺钉5、轴封套6、压气机密封环7、压气机端左止推片8、背盘9、压气机端止推轴承板11、背盘螺钉12、压气机端右止推片14和叶轮轴18，所述蜗壳1通过所述压气机螺钉5与所述背盘9连接在一起；所述背盘9通过所述背盘螺钉12与所述压气机端轴承体15连接在一起；所述压气机端轴承体15内固定所述轴承一16和所述轴承二19，所述轴承一16和所述轴承二19内穿过所述叶轮轴18；所述叶轮轴18位于轴承一16的左侧位置处设有台阶结构，叶轮轴18的台阶结构的左侧形成台阶面，所述台阶面上从右到左依次套接所述压气机端右止推片14、所述压气机端止推轴承板11、所述压气机端左止推片8、所述轴封套6、所述压气机叶轮3、所述轴端螺母2；所述压气机端止推轴承板11固定在所述压气机端轴承体15上；所述轴封套6上设置所述压气机密封环7，所述压气机密封环7外接所述背盘9的中心孔。

所述压气机端左止推片8与所述压气机端止推轴承板11之间嵌入所述压气机端左应变片10；所述压气机端止推轴承板11与所述压气机端右止推片14之间嵌入所述压气机端右应变片13。

所述涡轮组件包括涡轮端左止推片26、涡轮端止推轴承板28、涡轮端右止推片30、涡轮箱螺钉32、涡轮箱压板33、涡轮轴35、隔热罩37、涡轮端密封环38、涡轮箱39、涡轮40，

所述涡轮端轴承体34通过所述涡轮箱压板33和所述涡轮箱螺钉32与所述涡轮箱39连接在一起；所述涡轮端轴承体34内固定轴承三31和轴承四36，所述轴承三31和所述轴承四36内穿过所述涡轮轴35；所述涡轮轴35的右边连接所述涡轮40；所述涡轮轴35与所述涡轮40的连接处有所述涡轮端密封环38，所述涡轮端密封环38外接所述涡轮端轴承体34右端的中心孔；所述涡轮轴35上位于轴承三31的左侧设有台阶结构，台阶结构的左侧形成台阶面，所述涡轮轴35的台阶面上从右到左依次套接所述涡轮端右止推片30、所述涡轮端止推轴承板28、涡轮端左止推片26、所述压紧套25；所述涡轮端止推轴承板28固定在所述涡轮端轴承体34上。

所述涡轮端左止推片26与所述涡轮端止推轴承板28之间嵌入所述涡轮端左应变片27；所述涡轮端止推轴承板28与涡轮端右止推片30之间嵌入所述涡轮端右应变片29。

所述压气机端轴承体15和所述涡轮端轴承体34的连接法兰上均有若干孔；所述联接套筒21为圆筒结构，连接法兰上有若干孔；所述每个丝杠20套接4个连接螺母17，左边每2个连接螺母17将所述压气机端轴承体15和所述联接套筒21的一端固定在一起；右边每2个连接螺母17将所述涡轮端轴承体34和所述联接套筒21的另外一端固定在一起。

本实施例中增压器结构的所有旋转件均中心同轴。

本发明实施例的所述柔性联轴器包括外套筒22、滚珠23和内套筒24，所述外套筒22的左侧两侧分别连接述所述叶轮轴18和涡轮轴35，所述外套筒22内接所述滚珠23，所述滚珠23内接内套筒24。

具体的，如图2至6所示，本发明实施例的涡轮增压器轴向力测量用柔性联轴器，包括外套筒22、滚珠23和内套筒24，所述外套筒22为回转体结构，中心设有阶梯孔，所述外套筒22的左端孔为用于固定左边轴的外套筒轴孔221，阶梯孔分割处形成外套筒止回面222；所述外套筒1的右端孔为外套筒沉孔223，沿所述外套筒22的右侧端面往左钻4个孔，钻孔直径为所述滚珠23的直径，钻孔深度小于外套筒沉孔223的深度，形成4个圆弧面的外套筒滚道224，外套筒滚道224的内端位置处形成外套筒滚道台阶面225；

所述内套筒24为回转体结构，中心设有用于连接右边轴的内套筒轴孔241，外侧面包括直径不同的两段圆柱面，分别为内套筒圆柱面242和外端圆柱面，所述内套筒圆柱面242的直径小于所述外套筒沉孔223的孔径，所述内套筒圆柱面242的宽度与所述外套筒滚道225的长度相同；所述内套筒24的左端面为内套筒止回面243，沿所述内套筒止回面243往右钻4个孔，钻孔直径为所述滚珠23的直径，钻孔深度与所述外套筒滚道224的长度相同，形成有4个圆弧面的内套筒滚道244；所述外套筒滚道224与所述内套筒滚道244之间放置所述滚珠23。

所述外套筒滚道224的圆弧底与所述内套筒滚道244的圆弧底之间的径向距离等于所述滚珠23的直径；柔性联轴器装配时，左边轴与所述外套筒轴孔221过盈配合；右边轴与所述内套筒轴孔241过盈配合；使所述外套筒止回面222与所述内套筒止回面243先接触后，再离开10倍的轴向窜量。

本发明装置的所述内套筒24与所述外套筒22能够沿轴向在转子轴向窜量内移动，所述内套筒24能够对所述外套筒22传递扭矩而不传递轴向力，实现了压气机端轴向力的独立测试和涡轮端轴向力的独立测试，解决了现有技术不能单独测试压气机和涡轮轴向力的问题。

本发明实施例的涡轮增压器轴向力测量方法，包括如下步骤：

步骤1，将涡轮增压器的压气机端和涡轮端分成两个部分，每一个部分包括独立的轴、轴承润滑系统和止推结构；例如上述涡轮增压器轴向力测量用的增压器装置或者发明构思相同的其他的具体实现结构；按照涡轮增压器的尺寸设计并加工***零部件固定装置；

步骤2，分别在压气机端和涡轮端的止推结构上安装应变片，将应变片信号引出到二次仪表；

步骤3，对***零部件进行固定，使涡轮增压器的所有旋转件中心同轴；

步骤4，将压气机端的轴与涡轮端的轴进行柔性连接，柔性联轴器能传递扭矩而不传递轴向力；

步骤5，安装涡轮增压器的空气及润滑油管路，完成涡轮增压器在自循环状态下不同转速的轴向力的测试，此处进行涡轮增压器在自循环状态下不同转速的轴向力的测试的其他***测试系统及方法属于现有技术，不再详述。

按照上述步骤，实现了压气机端轴向力的独立测试和涡轮端轴向力的独立测试，解决了现有技术不能单独测试压气机和涡轮轴向力的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。