渦輪增壓器葉輪的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種渦輪增壓器葉輪，包括與第二端部相對(duì)的第一端部以及在第一端部和第二端部之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線。所述葉輪還包括位于所述第二端部上的后壁以及形成于所述后壁中的平衡槽。所述平衡槽具有多個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底面，所述平衡槽的側(cè)壁和底面為銑削表面。本實(shí)用新型采用在葉輪上銑削平衡槽的方式來平衡葉輪，由此形成的葉輪具有較少的應(yīng)力集中源、微裂縫、表面缺陷和/或其它可能減少葉輪壽命的特征，從而有助于葉輪使用壽命的延長。
【專利說明】
渦輪増壓器葉輪
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型通常涉及一種渦輪增壓器，更具體地，涉及一種渦輪增壓器葉輪及其平衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，使用渦輪增壓器來將燃燒用的壓縮空氣輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中。渦輪增壓器壓縮流入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣，以有助于使更多空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。增加的空氣供應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的燃料燃燒增加，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率增大。
[0003]典型的渦輪增壓器包括軸、附接到軸的一端上的渦輪機(jī)葉輪、與軸的另一端連接的壓縮機(jī)葉輪或推進(jìn)器以及用于支撐軸的軸承。通常渦輪機(jī)殼體包圍渦輪機(jī)葉輪，并且獨(dú)立的壓縮機(jī)殼體包圍壓縮機(jī)葉輪。
[0004]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱廢氣流經(jīng)渦輪機(jī)殼體，并在渦輪機(jī)葉輪上膨脹，從而使渦輪機(jī)葉輪和與渦輪機(jī)葉輪連接的軸旋轉(zhuǎn)。接著軸促使壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)。來自外界的相對(duì)較冷的空氣流經(jīng)壓縮機(jī)殼體，在壓縮機(jī)殼體內(nèi)，壓縮機(jī)葉輪對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，并驅(qū)使壓縮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。
[0005]當(dāng)渦輪增壓器的質(zhì)量圍繞其旋轉(zhuǎn)軸不均勻地分布以及質(zhì)量中心不與旋轉(zhuǎn)中心對(duì)齊時(shí)，壓縮機(jī)葉輪和/或渦輪機(jī)葉輪會(huì)發(fā)生不平衡。例如這可能因制造公差而發(fā)生。當(dāng)不平衡時(shí)，壓縮機(jī)葉輪和/或渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生離心力，離心力會(huì)產(chǎn)生不期望的噪音和/或振動(dòng)。噪音和/或振動(dòng)可能會(huì)過度，并且振動(dòng)會(huì)影響渦輪增壓器的性能，例如會(huì)縮短使用壽命，比如軸承的使用壽命。
[0006]一種用于平衡渦輪機(jī)葉輪的技術(shù)公開在1979年10月9日授予Mathews的第4，170，528號(hào)美國專利(“’528專利”)中。更加具體地，’528專利公開了一種使用用于從渦輪機(jī)葉輪研磨掉材料的研磨砂輪來平衡渦輪機(jī)葉輪的方法。為研磨砂輪提供電流，并且使電解質(zhì)溶液在研磨砂輪和渦輪機(jī)葉輪的一面之間通過。在研磨過程中，電流通過電解質(zhì)溶液從研磨砂輪流向渦輪機(jī)葉輪，并且發(fā)生陽極溶解，以將材料從渦輪機(jī)葉輪上去除。也可通過與研磨砂輪上的研磨顆粒接觸來將材料從渦輪機(jī)葉輪上去除。
[0007]盡管’528專利中公開的平衡渦輪機(jī)葉輪的方法試圖精確地并且以一種可自動(dòng)用于大量生產(chǎn)的可控方式去除材料，但是所公開的平衡渦輪機(jī)葉輪的方法可能仍然并非最佳。具體而言，通過使用研磨砂輪，’528專利的平衡渦輪機(jī)葉輪的方法可能會(huì)在渦輪機(jī)葉輪內(nèi)產(chǎn)生微裂紋和熱影響區(qū)域(例如，集中受到高溫?zé)崃坑绊懙膮^(qū)域，這些熱量例如是來自研磨產(chǎn)生的熱量)，這可能會(huì)導(dǎo)致疲勞故障并且會(huì)降低渦輪機(jī)葉輪的壽命。另外，研磨砂輪可能會(huì)產(chǎn)生尖角，這可能會(huì)成為應(yīng)力集中源(例如，應(yīng)力集中的位置)，這也可能會(huì)導(dǎo)致疲勞故障并且可能降低渦輪機(jī)葉輪的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的渦輪增壓器葉輪可以解決一個(gè)或多個(gè)上述問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它問題。
[0009]—方面，本實(shí)用新型涉及渦輪增壓器葉輪，葉輪包括與第二端部相對(duì)的第一端部和在所述第一端部與第二端部之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線;所述葉輪還包括位于第二端部的后壁以及形成于后壁中的平衡槽，所述平衡槽具有多個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底面，所述平衡槽的側(cè)壁和底面是銑削表面。
[0010]進(jìn)一步的，所述多個(gè)側(cè)壁包括第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、第三側(cè)壁和第四側(cè)壁，所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在徑向方向上延伸;所述第三側(cè)壁和第四側(cè)壁相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在圓周方向上延伸。
[0011 ]又進(jìn)一步的，所述多個(gè)側(cè)壁中的每個(gè)均朝著所述平衡槽的所述底面向內(nèi)彎曲；并且所述第一側(cè)壁、所述第二側(cè)壁、所述第三側(cè)壁和所述第四側(cè)壁中的每個(gè)均具有平滑曲率且將所述后壁的表面連接至所述平衡槽的所述底面。
[0012]優(yōu)選的，所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁分開20°至30°的角。所述第三側(cè)壁和所述第四側(cè)壁分開的距離小于等于16mm，所述第三側(cè)壁位于距所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線成第一距離處，且所述第四側(cè)壁位于距所述旋轉(zhuǎn)軸線成第二距離處，所述第二距離大于所述第一距離。
[0013]其中，所述平衡槽的深度小于所述每個(gè)側(cè)壁的曲率半徑。
[0014]優(yōu)選的，所述平衡槽的深度小于等于1mm，所述深度為所述后壁的表面與所述平衡槽的底面之間的距離;且所述每個(gè)側(cè)壁均具有小于等于5mm的曲率半徑。
[0015]進(jìn)一步的，所述平衡槽位于所述后壁的外環(huán)中，所述外環(huán)由所述后壁的半徑的外半部限定。
[0016]優(yōu)選的，所述葉輪一體地形成為單件式部件，且為壓縮機(jī)葉輪或渦輪機(jī)葉輪;并且，所述葉輪還包括輪轂和多個(gè)葉片，所述輪轂沿所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在位于所述第一端部處的鼻部和位于所述第二端部處的所述后壁之間延伸;所述多個(gè)葉片從所述輪轂向外延伸。
[0017]另一方面，本實(shí)用新型涉及渦輪機(jī)增壓器葉輪，其包括與第二端部相對(duì)的第一端部和在所述第一端部與第二端部之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線;所述葉輪還包括位于第二端部的后壁以及形成于后壁中的平衡槽，所述平衡槽具有多個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底面，所述側(cè)壁包括各自相對(duì)于葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線在徑向方向上延伸的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁中的每個(gè)均朝著平衡槽的底面向內(nèi)彎曲；所述側(cè)壁還包括各自相對(duì)于葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線在圓周方向上延伸的第三側(cè)壁和第四側(cè)壁，所述第三側(cè)壁和第四側(cè)壁中的每個(gè)均朝著平衡槽的底面向內(nèi)彎曲；所述葉輪一體地形成為單件式部件，所述平衡槽的側(cè)壁和底面是銑削表面，且每一對(duì)相鄰的側(cè)壁均相交以形成曲面。
[0018]另一方面，本實(shí)用新型涉及平衡渦輪機(jī)增壓器葉輪的方法。葉輪包括與第二端部相對(duì)的第一端部以及在第一端部與第二端部之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線。葉輪還包括位于第二端部的后壁。所述方法包括通過使用銑削刀具從后壁去除材料而在后壁中形成平衡槽。形成的平衡槽包括使用銑削刀具形成平衡槽的多個(gè)側(cè)壁。
[0019]本實(shí)用新型采用在葉輪上銑削平衡槽的方式來平衡葉輪，由此形成的葉輪具有較少的應(yīng)力集中源、微裂縫、表面缺陷和/或其它可能減少葉輪壽命的特征，從而有助于葉輪使用壽命的延長。
【附圖說明】
[0020]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的渦輪增壓器的橫截面圖；
[0021 ]圖2是圖1的渦輪增壓器的葉輪的后視圖；
[0022]圖3是沿圖2的A-A線截取的葉輪的橫截面圖；
[0023]圖4是圖2的葉輪的平衡槽的放大后視圖；
[0024]圖5是示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的平衡渦輪增壓器的一個(gè)或多個(gè)葉輪的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)將詳細(xì)參考示于附圖中的示例性實(shí)施例。在所有附圖中將盡可能地用相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部件。
[0026]圖1示出了渦輪增壓器10的示例性實(shí)施例。渦輪增壓器10可結(jié)合機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)使用，所述機(jī)器執(zhí)行與諸如鐵路、海運(yùn)、發(fā)電、采礦、建筑、農(nóng)業(yè)的行業(yè)或本領(lǐng)域中已知的其它行業(yè)相關(guān)的某種類型的操作。如圖1中所示，渦輪增壓器10可包括壓縮機(jī)級(jí)12和由軸16連接的渦輪機(jī)級(jí)14。
[0027]壓縮機(jī)級(jí)12可包括設(shè)置在壓縮機(jī)殼體22中且具有固定幾何形狀的壓縮機(jī)推進(jìn)器或葉輪20。壓縮機(jī)葉輪20和壓縮機(jī)殼體22可布置在軸16的旋轉(zhuǎn)軸線18的周圍。壓縮機(jī)葉輪20可附接到軸16上且配置為在空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)用于燃燒之前壓縮在環(huán)境壓力水平下接收的空氣。空氣可經(jīng)由壓縮機(jī)入口 24進(jìn)入壓縮機(jī)殼體22且經(jīng)由壓縮機(jī)出口 26離開壓縮機(jī)殼體22 ο當(dāng)空氣移動(dòng)通過壓縮機(jī)級(jí)12時(shí)，壓縮機(jī)葉輪20可迫使壓縮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0028]渦輪機(jī)級(jí)14可包括渦輪機(jī)葉輪30，其可附接到軸16上且可布置在渦輪機(jī)殼體32中。軸16可從壓縮機(jī)殼體22延伸到渦輪機(jī)殼體32。渦輪機(jī)葉輪30和渦輪機(jī)殼體32可布置在軸16的旋轉(zhuǎn)軸線18的周圍。離開發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣可經(jīng)由渦輪機(jī)入口34進(jìn)入渦輪機(jī)殼體32且經(jīng)由渦輪機(jī)出口 36離開渦輪機(jī)殼體32。當(dāng)熱廢氣移動(dòng)通過渦輪機(jī)殼體32且朝著渦輪機(jī)葉輪30的葉片62膨脹(如下所描述)時(shí)，渦輪機(jī)葉輪30可通過軸16使壓縮機(jī)葉輪20旋轉(zhuǎn)。
[0029]軸承40可支撐軸16。軸承40可布置在軸承殼體42中。雖然圖1僅示出了兩個(gè)軸承40，但可以設(shè)想，渦輪增壓器10可包括任何數(shù)量的軸承40。
[0030]壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30均可包括類似的特征。例如，壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30中的每個(gè)均可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線50旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線50可與軸16的旋轉(zhuǎn)軸線18共線。壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30中的每個(gè)均可包括第一端部52、位于第一端部52對(duì)面的第二端部54，且旋轉(zhuǎn)軸線50可在第一端部52和第二端部54之間延伸。軸16的相對(duì)端部可附接到壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30的相應(yīng)的第二端部54。壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30中的每個(gè)均可包括位于相應(yīng)的第一端部52處的鼻部56、位于相應(yīng)的第二端部54處的后壁58、沿旋轉(zhuǎn)軸線50在鼻部56和后壁58之間延伸的輪轂60，以及布置在輪轂60周圍的多個(gè)葉片62 ο雖然壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30可包括這些類似特征，但這些特征可在數(shù)量、尺寸、形狀和/或其它配置方面有所不同。例如，壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30可具有擁有不同形狀和/或尺寸的不同數(shù)量的葉片62。此外，壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30可具有鼻部56、后壁58以及不同形狀和尺寸的輪轂60。
[0031]圖1中示出的壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30中的每個(gè)均可以是平衡葉輪。圖2至圖4示出了平衡葉輪70，其可以是圖1中示出的壓縮機(jī)葉輪20和/或渦輪機(jī)葉輪30。葉輪70可包括上述旋轉(zhuǎn)軸線50、第一端部52、第二端部54、鼻部56、后壁58、輪轂60和/或葉片62。圖2中示出的葉輪70包括九個(gè)葉片62，但應(yīng)當(dāng)理解，葉輪70可包括多于或少于九個(gè)葉片62。葉輪70可整體地形成為單件式鑄造金屬部件。例如，葉輪70可由鈦(例如，鈦合金，比如Ti 6-4)、鎳和/或其它金屬或金屬合金形成。
[0032]葉輪70可包括形成于后壁58中的平衡槽72。平衡槽72可包括底面74和多個(gè)側(cè)壁。例如，側(cè)壁可包括第一側(cè)壁76、第二側(cè)壁78、第三側(cè)壁80以及第四側(cè)壁82。第一側(cè)壁76和第二側(cè)壁78各自均可相對(duì)于葉輪70的旋轉(zhuǎn)軸線50在徑向方向(沿葉輪70的半徑的方向)上延伸。第一側(cè)壁76和第二側(cè)壁78可分開約20°至約180°的角度α，優(yōu)選約20°至約30°。
[0033]第三側(cè)壁80和第四側(cè)壁82各自均可相對(duì)于葉輪70的旋轉(zhuǎn)軸線50在圓周方向(沿葉輪70的旋轉(zhuǎn)方向)上延伸。第三側(cè)壁80和第四側(cè)壁82可在第一側(cè)壁76和第二側(cè)壁78之間延伸。第三側(cè)壁80可位于距葉輪70的旋轉(zhuǎn)軸線50成第一距離處，第四側(cè)壁82可位于距旋轉(zhuǎn)軸線50成第二距離處，并且第二距離可大于第一距離。在一個(gè)實(shí)施例中，第三側(cè)壁80可位于距葉輪70的旋轉(zhuǎn)軸線50約41mm或更遠(yuǎn)處，第四側(cè)壁82可位于距葉輪70的旋轉(zhuǎn)軸線50約57mm或更近處，并且第三側(cè)壁80和第四側(cè)壁82可分開約16mm或更小的寬度W。
[0034]平衡槽72可形成于具有連續(xù)的曲面或平坦表面的后壁58的部分中。后壁58可相對(duì)于葉輪70的旋轉(zhuǎn)軸線50大致在徑向方向上延伸。在平衡槽72形成之前，后壁58可以是平坦的、彎曲的或錐形的。例如，如圖1中所示，壓縮機(jī)葉輪20和渦輪機(jī)葉輪30的后壁58可向內(nèi)彎曲且可基本上是凹面的。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，平衡槽72可位于由后壁58的半徑的外半部限定的后壁58的外環(huán)中。例如，如果后壁58的半徑約為60mm，那么后壁58的外環(huán)可由距葉輪70的旋轉(zhuǎn)軸線50為30mm(后壁58的半徑的一半)或更遠(yuǎn)的后壁58部分限定。在一個(gè)實(shí)施例中，平衡槽72可完全或至少部分地位于后壁58的外環(huán)內(nèi)。
[0036]第一側(cè)壁76、第二側(cè)壁78、第三側(cè)壁80以及第四側(cè)壁82中的每個(gè)可將后壁58的背向表面84連接到平衡槽72的底面74。側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82中的每個(gè)可在后壁58的背向表面84和底面74之間具有平滑(例如，無成角度的拐角)且連續(xù)的曲率。如圖3和圖4中所示，側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82中的每個(gè)均可相對(duì)于平衡槽72的底面74向內(nèi)彎曲。如圖3中所示，第三側(cè)壁80和第四側(cè)壁82中的每個(gè)均可相對(duì)于在圓周方向上延伸的相應(yīng)的軸線86具有曲率半徑R。曲率半徑R可在圓周方向上沿相應(yīng)的第三側(cè)壁80和第四側(cè)壁82的長度大致恒定。
[0037]第一側(cè)壁76和第二側(cè)壁78中的每個(gè)可具有類似的曲率半徑。第一側(cè)壁76和第二側(cè)壁78中的每個(gè)的曲率半徑均可在徑向方向上沿相應(yīng)的第一側(cè)壁76和第二側(cè)壁78長度大致恒定。第一側(cè)壁76和第二側(cè)壁78中的每個(gè)的曲率半徑可大致等于上述第三側(cè)壁80和第四側(cè)壁82的曲率半徑R。
[0038]可形成平衡槽72使得側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82和底面74形成相交部分，而并無成角度的拐角。此外，如圖4中所示，每對(duì)相鄰的側(cè)壁76、78、80以及82可相交以形成曲面88，而并無成角度的拐角。每個(gè)曲面88也可朝著底面74延伸且可具有大致等于上述側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82的曲率半徑R的曲率半徑。
[0039]平衡槽72可通過銑削形成。在圖3示出的實(shí)施例中，平衡槽72可使用銑削刀具90形成，比如球端銑刀。如上所述，銑削刀具90也可具有等于側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82的曲率半徑R的曲率半徑。因此，銑削刀具90和側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82中的每個(gè)均可具有相同的曲率半徑R。例如，銑削刀具90可以是具有約5mm的曲率半徑的錐形球端銑刀，并且側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82的曲率半徑R可以約等于5mm。或者，銑削刀具90可以具有小于5mm的曲率半徑，并且側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82的曲率半徑R可以小于5_。銑削表面可具有約0.0 2mm或更低的尖端高度的表面光潔度。
[0040]平衡槽72可具有約Imm或更小的深度D。深度D可以是后壁58的背向表面84與平衡槽72的底面74之間的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，深度D可以小于上述側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82的曲率半徑R，使得曲率半徑R相對(duì)平緩(大)。
[0041 ] 如上所述且在圖3和圖4中所示，側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82中的每個(gè)均可在后壁58的背向表面84與底面74之間具有平滑(例如，無成角度的拐角)且連續(xù)的曲率?；蛘?，側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80以及側(cè)壁82中的一個(gè)或多個(gè)可包括筆直部分或可完全筆直，且可在與底面74的相交部分形成成角度的拐角或具有曲率半徑(例如，曲率半徑R)的拐角。
[0042]工業(yè)實(shí)用性
[0043]所公開的渦輪增壓器葉輪和平衡渦輪增壓器葉輪的方法能獲得與任何渦輪增壓器相關(guān)的潛在應(yīng)用。所公開的渦輪增壓器葉輪和平衡渦輪增壓器葉輪的方法能獲得關(guān)于與內(nèi)燃機(jī)相關(guān)聯(lián)的渦輪增壓器具體適用性。但是，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所公開的渦輪增壓器葉輪和平衡渦輪增壓器葉輪的方法可用于其它系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)可與內(nèi)燃機(jī)相關(guān)聯(lián)的渦輪增壓器相關(guān)，或可不與其相關(guān)。
[0044]圖5是示出了根據(jù)本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的平衡一個(gè)或多個(gè)葉輪70的方法100的流程圖。在后壁58中形成平衡槽72之前，操作者可使用平衡機(jī)(未示出)，以在葉輪70上進(jìn)行平衡測(cè)試(步驟102)?？梢詧?zhí)行平衡測(cè)試以確定葉輪70的至少一個(gè)的不平衡特性。不平衡特性可用于表征葉輪70繞其旋轉(zhuǎn)軸線的質(zhì)量分布。例如，不平衡特性可以包括葉輪70旋轉(zhuǎn)時(shí)的不平衡力的幅值和方向。平衡機(jī)可對(duì)葉輪進(jìn)行平衡測(cè)試，并且可確定不平衡特性。
[0045]操作者和/或平衡機(jī)可基于由平衡機(jī)確定的不平衡特性來確定用于控制材料去除的信息(步驟104)。在一個(gè)實(shí)施例中，平衡機(jī)可以使用不平衡特性來確定用于控制材料去除的信息，以平衡葉輪70。用于控制材料去除的信息可包括平衡槽72中的至少一個(gè)特性，例如，平衡槽72在后壁58中的位置，平衡槽72的尺寸(例如，角度α、寬度W、深度D、曲率半徑R等)等。平衡機(jī)可以輸出用于控制材料去除的信息，或者，操作者或銑床(而不是平衡機(jī))可基于不平衡特性確定用于控制材料去除的信息，所述不平衡特性可由平衡機(jī)輸出。
[0046]操作者和/或平衡機(jī)可以將用于控制材料去除的信息輸入到銑床(步驟106)。例如，銑床可以包括銑削刀具90。操作者可使用銑床在葉輪70上形成平衡槽72(步驟108)。在一個(gè)實(shí)施例中，用于控制材料去除的信息可以輸入到銑床，并且，基于輸入的信息，銑床可以自動(dòng)在葉輪70上形成平衡槽72 ο例如，銑床可以自動(dòng)控制一個(gè)或多個(gè)操作特性，如切割速度(例如，銑刀90的旋轉(zhuǎn)速度)和/或進(jìn)料速率(例如，銑刀90沿葉輪70的后壁58行進(jìn)的速度)。切割速度和/或進(jìn)料速率可以由銑床基于用于控制材料去除的輸入信息進(jìn)行控制，并且也可以得以確定，使得應(yīng)力集中源、微裂紋、表面缺陷和/或其它會(huì)降低葉輪70壽命的特征形成的可能性減少。
[0047]在葉輪70上形成平衡槽72之后，操作者可檢查葉輪70(步驟110)。例如，操作者可以檢查葉輪70的應(yīng)力集中源、微裂紋、表面缺陷或其它可能降低葉輪70壽命的特征?？蛇x地或另外地，操作者可使用平衡機(jī)在葉輪70上進(jìn)行平衡測(cè)試。如果操作者確定葉輪70通過了檢查(步驟112;是)，那么操作者視需要可使用銑床在葉輪70上形成平衡槽72(步驟114)。例如，操作者可重復(fù)步驟108，在由相同的材料形成和/或使用與步驟110中檢查的葉輪70相同的尺寸和公差制造的其它葉輪70上形成平衡槽72。其它葉輪70上的平衡槽72可使用步驟104中確定的相同的用于控制材料去除的信息來形成，因此對(duì)于其它葉輪70而言，可以省略步驟102至步驟106。
[0048]另一方面，如果操作者確定葉輪70未通過檢查(步驟112;否)，那么操作者可以基于檢查結(jié)果來調(diào)整銑床的操作特性(步驟116)。例如，如果操作者確定應(yīng)力集中源、微裂紋、表面缺陷和/或在葉輪70上可能會(huì)降低葉輪70壽命的其它特征的量是不可接受的，那么操作者可以調(diào)整銑床的切割速度或進(jìn)料速率。如果在步驟110中操作者使用平衡機(jī)在葉輪70上進(jìn)行平衡測(cè)試，并且平衡測(cè)試所確定的葉輪70上的不平衡力是不可接受的(例如，幅度過大)，那么操作者可使用檢查結(jié)果并調(diào)整用于控制材料去除的信息，例如，平衡槽72的特性。
[0049]然后操作者可以使用銑床上的新葉輪70(例如，由相同的材料制成和/或使用與步驟110中檢查的葉輪70相同的尺寸和公差制造)，在新葉輪70上形成平衡槽72(步驟118)。操作者接著可以返回到步驟110和步驟112檢查葉輪70，并確定葉輪70是否通過檢查。
[0050]結(jié)合圖5上述流程圖描繪了平衡一個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器葉輪的方法的示例性實(shí)施例。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，類似的方法可以在不背離本實(shí)用新型的范圍的情況下使用。
[0051]優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)可與上述渦輪增壓器葉輪以及平衡渦輪增壓器葉輪的方法有關(guān)。由于葉輪70中的平衡槽72通過使用銑削刀具(而不是，例如通過使用研磨砂輪)而形成，因此所形成的葉輪70具有較少的應(yīng)力集中源、微裂縫、表面缺陷和/或其它可能減少葉輪70壽命的特征。此外，平衡槽72可形成于葉輪70的外環(huán)中，其中存在較少或沒有受熱影響區(qū)域。在受熱影響區(qū)域中形成平衡槽72會(huì)導(dǎo)致疲勞故障且會(huì)減少葉輪70的壽命。另外，葉輪70可形成為例如在平衡槽72的基座處具有相對(duì)平緩(大)的半徑，在平衡槽72的基座中，平衡槽72的側(cè)壁76、側(cè)壁78、側(cè)壁80和側(cè)壁82與底面74相交。結(jié)果，可使葉輪70中的應(yīng)力最小化。
[0052]平衡槽72可形成于后壁58中，后壁58可為連續(xù)的曲面或平坦表面。結(jié)果，可能不需要在后壁58上提供耗蝕性環(huán)或從后壁58向后突出且可至少部分地去除以平衡葉輪70的其它材料?？蛇x地，葉輪70可包括后壁58上的耗蝕性環(huán)，且平衡槽72可形成于耗蝕性環(huán)中。耗蝕性環(huán)可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線50在后壁58上延伸，例如，360度，且平衡槽72可形成于耗蝕性環(huán)中以將部分材料從耗蝕性環(huán)去除，以平衡葉輪70。
[0053]平衡葉輪70的方法可包括使用銑床自動(dòng)控制材料的去除以形成平衡槽72。例如，銑床可自動(dòng)控制一個(gè)或多個(gè)操作特性，諸如切削速度和/或進(jìn)料速率。結(jié)果，切削操作可自動(dòng)化且加以控制以減少對(duì)葉輪70的損壞并減少葉輪70之間的可變性。此外，可優(yōu)化銑床的操作特性以減少應(yīng)力集中源、微裂縫、表面缺陷和/或其它可能減少葉輪70壽命的特征的形成。
[0054]對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，可對(duì)所公開的渦輪增壓器葉輪以及平衡渦輪增壓器葉輪的方法做出各種修改和變化?？紤]到所公開的渦輪增壓器葉輪以及平衡渦輪增壓器葉輪的方法的說明和應(yīng)用，其它的實(shí)施例對(duì)熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的D說明書和不例意在僅僅是不例性的，真實(shí)范圍由權(quán)利要求書及其等效內(nèi)容指出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述葉輪包括: 第一端部，其與第二端部相對(duì)； 旋轉(zhuǎn)軸線，其在所述第一端部和所述第二端部之間延伸； 后壁，其位于所述第二端部處;和 平衡槽，其形成于所述后壁中，所述平衡槽具有多個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底面； 其中所述平衡槽的所述側(cè)壁和所述底面是銑削表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述多個(gè)側(cè)壁包括: 第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，其各自相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在徑向方向上延伸;和 第三側(cè)壁和第四側(cè)壁，其各自相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在圓周方向上延伸。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于， 所述多個(gè)側(cè)壁中的每個(gè)均朝著所述平衡槽的所述底面向內(nèi)彎曲；并且所述第一側(cè)壁、所述第二側(cè)壁、所述第三側(cè)壁和所述第四側(cè)壁中的每個(gè)均具有平滑曲率且將所述后壁的表面連接至所述平衡槽的所述底面。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁分開20°至30°的角。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述第三側(cè)壁和所述第四側(cè)壁分開的距離小于等于16mm，所述第三側(cè)壁位于距所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線成第一距離處，且所述第四側(cè)壁位于距所述旋轉(zhuǎn)軸線成第二距離處，所述第二距離大于所述第一距離。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述平衡槽的深度小于所述每個(gè)側(cè)壁的曲率半徑。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述平衡槽的深度小于等于1mm，所述深度為所述后壁的表面與所述平衡槽的底面之間的距離;且所述每個(gè)側(cè)壁均具有小于等于5mm的曲率半徑。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述平衡槽位于所述后壁的外環(huán)中，所述外環(huán)由所述后壁的半徑的外半部限定。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器葉輪，其特征在于， 所述葉輪一體地形成為單件式部件，且為壓縮機(jī)葉輪或渦輪機(jī)葉輪;并且 所述葉輪還包括: 輪轂，其沿所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在位于所述第一端部處的鼻部和位于所述第二端部處的所述后壁之間延伸;和 多個(gè)葉片，其從所述輪轂向外延伸。10.一種渦輪增壓器葉輪，其特征在于，所述葉輪包括: 第一端部，其與第二端部相對(duì)； 旋轉(zhuǎn)軸線，其在所述第一端部和所述第二端部之間延伸； 后壁，其位于所述第二端部處;和 平衡槽，其形成于所述后壁中，所述平衡槽具有多個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底面，所述側(cè)壁包括:第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，其各自相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在徑向方向上延伸，所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁中的每個(gè)均朝著所述平衡槽的所述底面向內(nèi)彎曲； 第三側(cè)壁和第四側(cè)壁，其各自相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線在圓周方向上延伸，所述第三側(cè)壁和所述第四側(cè)壁中的每個(gè)均朝著所述平衡槽的所述底面向內(nèi)彎曲； 其中，所述葉輪一體地形成為單件式部件，所述平衡槽的所述側(cè)壁和所述底面為銑削表面，并且每一對(duì)相鄰側(cè)壁均相交形成曲面。
【文檔編號(hào)】F01D5/02GK205422835SQ201620175321
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月8日
【發(fā)明人】R·E·安娜媞, M·J·弗里克, D·霍格
【申請(qǐng)人】卡特彼勒公司