涡轮增压器用球轴承单元的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  7

专利名称:涡轮增压器用球轴承单元的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种为了将在两端部设有叶轮和涡轮的旋转轴旋转自如地支承于外壳而利用的球轴承单元,上述叶轮和涡轮构成用作发动机的增压器的涡轮增压器。
背景技术
为了不改变排气量地增大发动机的输出,广泛使用在排气能量的作用下将送入到发动机中的空气压缩的涡轮增压器。该涡轮增压器利用设在排气通路的中途的涡轮回收排气的能量,利用在端部固定有该涡轮的旋转轴使设在供气通路的中途的压缩机的叶轮旋转。该叶轮随着发动机的运转以几万HiirT1到十几万rniiT1的速度旋转,将经过上述供气通路送入到发动机中的空气压缩。图4和图5作为该种涡轮增压器的一例,表示日本特开2005-3187号公报所述的·涡轮增压器。另外,图5是图4的A部放大图。该涡轮增压器利用在排气流路I中流通的排气,使固定在旋转轴2的一端的涡轮3旋转。该旋转轴2的旋转传递给固定在该旋转轴2的另一端的叶轮4,使该叶轮4在供气流路5内旋转。结果,自该供气流路5的上游端开口吸引的空气被压缩,与汽油、轻油等燃料一并送入到发动机的气缸室内。由于该种涡轮增压器的旋转轴2以几万HiirT1到十几万HiirT1这样的高速旋转,而且其转速根据发动机的运转状况而频繁变化,所以需要以较小的旋转阻力将该旋转轴支承于外壳6。因此,使用用于将旋转轴2旋转自如地支承于外壳6的球轴承单元7。图4和图5所示的球轴承单元7利用设在涡轮3侧的第一球轴承9和设在叶轮4侧的第二球轴承10,将旋转轴2旋转自如地支承在由单一圆筒构成的轴承外壳8的内侧。这些第一球轴承9和第二球轴承10均是角接触型球轴承,虽然为了方便说明而改变了名称和附图标记,但两者是相同结构的球轴承。并且,在构成第一球轴承9的外圈11与构成第二球轴承10的外圈11之间配置有压缩螺旋弹簧15,对这些外圈11施加彼此分离的方向的弹力。采用该结构,利用所谓的定压预负荷对构成第一球轴承9的多个作为滚动体的球13和构成第二球轴承10的多个作为滚动体的球13施加预负荷,并且施加背对背双联型的接触角。在该种球轴承单元I中,如上所述,第一球轴承9和第二球轴承10是相同结构的球轴承,但这些球轴承9、10的使用环境互不相同。详细而言,设在涡轮3侧的第一球轴承9的使用环境比设在叶轮4侧的第二球轴承10的使用环境恶劣。其理由是因为靠近排气流路I的、受到在该排气流路I中流通的排气的热量的作用而温度上升的第一球轴承9的运转温度,比设在靠近供温度比较低的空气流通的供气流路5的部分的第二球轴承10的运转温度高。因此,即使是相同结构的球轴承,也存在第一球轴承9的寿命比第二球轴承10短的问题。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2005-003187号公报
实用新型内容实用新型要解决的问题本实用新型鉴于上述那样的情况,目的在于提供一种通过在各构成要素中使用与使用环境相称的材料,能够从低温到高温获得稳定的旋转的、寿命长且能以低成本制造的涡轮增压器用球轴承单元。用于解决问题的方案本实用新型涉及一种将在两端部支承固定有涡轮和叶轮的涡轮增压器的旋转轴旋转自如地支承在外壳的内侧的涡轮增压器用球轴承单元。详细而言,涡轮增压器用球轴承单元包括外圈,其在两端部的内周面具有涡轮侧的第一外圈轨道和叶轮侧的第二外圈轨道;内圈,其在两端部的外周面具有涡轮侧的第一内圈轨道和叶轮侧的第二内圈轨道;多个第一球,其滚动自如地配置在第一外圈轨道与第一内圈轨道之间;多个第二球,其滚动自如地配置在第二外圈轨道与第二内圈轨道之间;第一保持器,其沿周向等间隔地保持第 一球;第二保持器,其沿周向等间隔地保持第二球。特别是,在本实用新型的涡轮增压器用球轴承单元中,至少上述内圈由如下构件构成第一内圈,其具有第一内圈轨道;第二内圈,其具有第二内圈轨道,与第一内圈分别独立。并且,至少第一内圈、第一球和第一保持器由耐热性分别比第二内圈、第二球和第二保持器高的材料形成。可以利用单一圆筒的外圈构成上述外圈。另外,上述内圈可以由以抵接状态配置有第一内圈和第二内圈的一对内圈构成。此外,优选在采用了如下方式的情况下,第一外圈也由耐热性比第二外圈高的材料形成,该方式为利用如下构件构成上述外圈第一外圈,其具有第一外圈轨道;第二外圈,其具有第二外圈轨道,与第一外圈分别独立;轴承外壳,其由单一圆筒构成,在两端部分分别嵌合固定有第一外圈和第二外圈,该方式中的上述球轴承单元还具有压缩螺旋弹簧,该压缩螺旋弹簧配置在第一外圈与第二外圈之间,对第一外圈和第二外圈施加弹力。或者,优选在采用了如下方式的情况下,第一外圈也由耐热性比第二外圈高的材料形成,该方式为利用如下构件构成上述外圈第一外圈,其具有第一外圈轨道;第二外圈,其具有第二外圈轨道,与第一外圈分别独立;轴承外壳,其由单一圆筒构成,在两端部分分别嵌合固定有第一外圈和第二外圈,且该方式利用内圈隔圈构成上述内圈,该内圈隔圈与第一内圈和第二内圈抵接以限制第一内圈与第二内圈之间的距离。另外,除了具有上述压缩螺旋弹簧的构造以外,也可以形成为不对上述球施加预负荷而在内部设定正的间隙的构造。另外,在本实用新型的定义中,为了方便说明,将上述轴承外壳记述为上述外圈的任意的构成要素,且将上述内圈隔圈记述为上述内圈的任意的构成要素。在不具备这些要素的情况下,也能只利用单一或分别独立的一对外圈构成上述外圈,且也能只利用分别独立的一对内圈构成上述内圈。实用新型的效果在本实用新型的涡轮增压器用球轴承单元中,除了利用单体的构成零件构成涡轮侧和叶轮侧的球轴承的情况以外,利用具有比叶轮侧的第二球轴承的构成零件高的耐热性的材料形成涡轮侧的第一球轴承的构成零件。即,只在靠近排气流路的、受到在该排气流路中流通的排气的热量的作用而容易温度上升的构成零件中,使用比较昂贵的具有高耐热性的材料,在靠近供温度比较低的空气流通的供气流路的构成零件中,使用比较便宜的以往的材料,从而本实用新型的结构能够以低成本提供可以从低温到高温获得稳定的旋转的、寿命长的球轴承单元。

图I是表示本实用新型的第I实施方式的球轴承单元的剖视图。图2是表示本实用新型的第2实施方式的球轴承单元的剖视图。图3是表示本实用新型的第3实施方式的球轴承 单元的剖视图。图4是表示以往构造的I例的具有球轴承单元的涡轮增压器的剖视图。图5是图4的A部放大图。
具体实施方式
下面,参照附图说明本实用新型的实施方式。图I表示本实用新型的第I实施方式。另外,本实用新型的特征在于,用于将在两端部支承固定有涡轮3和叶轮4 (参照图4)的旋转轴2旋转自如地支承在外壳6的内侧的涡轮增压器用球轴承单元的构造。其他部分的构造、作用和效果与图4和图5所示的以往构造相同,因此省略或简略地进行同等部分的图示以及说明,以下以本实用新型的特征部分为中心进行说明。第I实施方式的球轴承单元16由如下构件构成第一球轴承17,其设在涡轮3侧;第二球轴承10,其设在叶轮4侧;轴承外壳8,其由单一圆筒构成,在两端部嵌合固定有第一球轴承17和第二球轴承10 (更详细而言是构成第一球轴承17的第一外圈18和构成第二球轴承10的第二外圈11);压缩螺旋弹簧15,其对构成第一球轴承17的第一外圈18和构成第二球轴承10的第二外圈11施加弹力。另外,两端部的概念包括两端近旁或靠两端的部分。本实用新型的构造中,只有第一球轴承17的构造与以往构造不同。第一球轴承17是耐热规格的轴承,第一内圈19、第一外圈18、第一保持器21和多个作为滚动体的第一球20中至少任意一个构成零件、优选所有的构成零件由耐热性比构成第二球轴承10的构成零件的材料高的材料形成。构成第二球轴承10的第二内圈12和第二外圈11的材料可以与以往同样地使用SUJ2 (高碳铬轴承钢)。在该情况下,作为构成第一球轴承17的第一内圈19和第一外圈18的材料,即,比构成第二球轴承10的构成零件的材料的耐热性高的材料,可以使用耐热钢M50、SUS440C、SUS420C等耐热不锈钢或钥钢等耐热金属材料。另外,可以在构成第二球轴承10的第二球13的材料中也与以往同样地使用SUJ2,作为构成第一球轴承17的第一球20的材料,S卩,比构成第二球轴承10的构成零件的材料的耐热性高的材料,可以使用耐热钢M50、高速工具钢和陶瓷等。此外,可以在构成第二球轴承的第二保持器14的材料中与以往同样地使用聚酰胺树脂、PPS材料,作为构成第一球轴承17的第一保持器21的材料,S卩,比构成第二球轴承10的构成零件的材料的耐热性高的材料,可以使用对钥钢实施了镀银、磷酸锰皮膜处理而形成的材料、铜合金、聚酰亚胺树脂
坐寸o这样,通过由分别比构成第二球轴承10的第二外圈11、第二内圈12、第二球13和第二保持器的耐热性高的材料,形成用于构成第一球轴承17的第一外圈18、第一内圈19和第一球20和第一保持器21,可以只在靠近排气流路I的、受到在该排气流路I中流通的排气的热量的作用而容易温度上升的第一球轴承17中,使用比较昂贵的耐热规格的轴承,在设在靠近供温度比较低的空气流通的供气流路5的部分的第二球轴承10中,使用比较便宜的以往的轴承,因此能够以低成本提供可以从低温到高温获得稳定的旋转的、寿命长的球轴承单元。图2表示本实用新型的第2实施方式。第2实施方式的球轴承单元22由如下构件构成第一球轴承24,其设在涡轮3侧;第二球轴承29,其设在叶轮4侧;轴承外壳23,其由单一圆筒构成,在两端部嵌合固定有第一球轴承24和第二球轴承29 (更详细而言是构成第一球轴承24的第一外圈25和构成第二球轴承29的第二外圈30);内圈隔圈34,其与构成第一球轴承24的第一内圈26和构成第二球轴承29的第二内圈31抵接以将这些内圈间的距离限制为规定的尺寸。第一球轴承24是耐热规格的轴承,第一内圈26、第一外圈25、第一保持器28和多 个作为滚动体的第一球27中,至少任意一个构成零件、优选所有的构成零件由比构成第二球轴承29的构成零件的材料的耐热性高的材料形成。其他构造、作用和效果与本实用新型的第I实施方式相同。图3表示本实用新型的第3实施方式。第3实施方式的球轴承单元35由如下构件构成外圈36,其由单一圆筒构成,在两端部具有涡轮侧的第一外圈轨道37和叶轮侧的第二外圈轨道38 ;第一内圈39,其具有与第一外圈轨道37相面对的第一内圈轨道40 ;第二内圈43,其具有与第二外圈轨道38相面对的第二内圈轨道44 ;多个作为滚动体的第一球41,它们滚动自如地配置在第一外圈轨道37与第一内圈轨道40之间;多个作为滚动体的第二球45,它们滚动自如地配置在第二外圈轨道38与第二内圈轨道44之间;第一保持器42,其沿周向等间隔地保持第一球41 ;第二保持器46,其沿周向等间隔地保持第二球45。第一内圈39由耐热性比第二内圈43高的材料制成,第一球41由耐热性比第二球45高的材料制成,第一保持器42由耐热性比第二保持器46高的材料制成。另一方面,夕卜圈36延伸至涡轮3侧,在排气流路I中流通的排气的热量传递到旋转轴2,经由第一内圈39和第一球41传递到外圈36,因此外圈36并不需要具有像第一内圈39那种程度的耐热性。因而,可以根据规格温度和成本等进行判断而适当地决定是采用比较昂贵的耐热性高的材料作为外圈36的材料,还是采用比较便宜的像SUJ材料那样的以往的轴承材料作为外圈36的材料。优选利用与第二内圈43的材料不同的材料形成第一内圈39,且利用与第二球45的材料不同的材料形成第一球41,且利用与第二保持器46的材料不同的材料形成第一保持器42,但考虑到成本等,在只有任意一个的构成零件的材料不同、或其中的I个或2个组合(只是第一内圈39和第一球41、只是第一内圈39和第一保持器42、只是第一球41和第一保持器42等)的材料不同时,也能获得本实用新型的效果。另外,在第3实施方式的构造中,优选不对球10施加预负荷而在双列球轴承单元I中设置正的内部间隙。其他构造、作用和效果与本实用新型的第I实施方式相同。工业实用性如上所述,采用本实用新型,能够只在靠近排气流路的、受到在该排气流路中流通的排气的热量的作用而容易温度上升的构成零件中,使用比较昂贵的具有高耐热性的材料,在靠近供温度比较低的空气流通的供气流路的构成零件中,使用比较便宜的以往的材料,因此能够以低成本提供可以从低温到高温获得稳定的旋转的、寿命长的球轴承单元,所以能够以低成本使装入有该种球轴承单元的、用作发动机的增压器的涡轮增压器的性能得到提闻。附图标记说明I、排气流路;2、旋转轴;3、涡轮;4、叶轮;5、供气流路;6、外壳;7、球轴承单元;8、轴承外壳;9、第一球轴承;10、第二球轴承;11、外圈(第二外圈);12、内圈(第二内圈);13、球(第二球);14、保持器(第二保持器);15、压缩螺旋弹簧;16、球轴承单元;17、第一球轴承;18、第一外圈;19、第一内圈;20、第一球;21、第一保持器;22、球轴承单兀;23、轴承外壳;24、第一球轴承;25、第一外圈;26、第一内圈;27、第一球;28、第一保持器;29、第二球轴承;30、第二外圈;31、第二内圈;32、第二球;33、第二保持器;34、内圈隔圈;35、球轴承单兀;36、外圈;37、第一外圈轨道;38、第二外圈轨道;39、第一内圈;40、第一内圈轨道;41、第一球;42、第一保持器;43、第二内圈;44、第二内圈轨道;45、第二球;46、第二保 持器。
权利要求1.一种涡轮增压器用球轴承单元,其将在两端部支承固定有涡轮和叶轮的涡轮增压器的旋转轴旋转自如地支承在外壳的内侧,其特征在于,该涡轮增压器用球轴承单元包括 外圈,其在两端部的内周面具有涡轮侧的第一外圈轨道和叶轮侧的第二外圈轨道; 内圈,其在两端部的外周面具有涡轮侧的第一内圈轨道和叶轮侧的第二内圈轨道; 多个第一球,它们滚动自如地配置在第一外圈轨道与第一内圈轨道之间; 多个第二球,它们滚动自如地配置在第二外圈轨道与第二内圈轨道之间; 第一保持器,其沿周向等间隔地保持第一球; 第二保持器,其沿周向等间隔地保持第二球, 至少所述内圈由第一内圈和第二内圈构成,该第一内圈具有第一内圈轨道,该第二内圈具有第二内圈轨道,与第一内圈分别独立; 并且,至少第一内圈、第一球和第一保持器由耐热性分别比第二内圈、第二球和第二保持器高的材料形成。
2.根据权利要求I所述的涡轮增压器用球轴承单元,其特征在于, 所述外圈由单一圆筒的外圈构成。
3.根据权利要求I或2所述的涡轮增压器用球轴承单元,其特征在于, 所述内圈由以抵接状态配置有第一内圈和第二内圈的一对内圈构成。
4.根据权利要求I所述的涡轮增压器用球轴承单元,其特征在于, 所述外圈由第一外圈、第二外圈和轴承外壳构成,该第一外圈具有第一外圈轨道,该第二外圈具有第二外圈轨道,与第一外圈分别独立,该轴承外壳由单一圆筒构成,在两端部分分别嵌合固定有第一外圈和第二外圈, 该涡轮增压器用球轴承单元还具有压缩螺旋弹簧,该压缩螺旋弹簧配置在第一外圈与第二外圈之间,对第一外圈和第二外圈施加弹力; 第一外圈由耐热性比第二外圈高的材料形成。
5.根据权利要求I所述的涡轮增压器用球轴承单元,其特征在于, 所述外圈由第一外圈、第二外圈和轴承外壳构成,该第一外圈具有第一外圈轨道,该第二外圈具有第二外圈轨道,与第一外圈分别独立,该轴承外壳由单一圆筒构成,在两端部分分别嵌合固定有第一外圈和第二外圈, 所述内圈由内圈隔圈构成,该内圈隔圈与第一内圈和第二内圈抵接以限制第一内圈与第二内圈之间的距离; 第一外圈由耐热性比第二外圈高的材料形成。
6.根据权利要求I或2所述的涡轮增压器用球轴承单元,其特征在于, 不对所述多个第一球和所述多个第二球施加预负荷而在该涡轮增压器用球轴承单元的内部设定正的间隙。
7.根据权利要求3所述的涡轮增压器用球轴承单元,其特征在于, 不对所述多个第一球和所述多个第二球施加预负荷而在该涡轮增压器用球轴承单元的内部设定正的间隙。
8.根据权利要求5所述的涡轮增压器用球轴承单元,其特征在于, 不对所述多个第一球和所述多个第二球施加预负荷而在该涡轮增压器用球轴承单元的内部设定正的间隙。
专利摘要本实用新型实现一种能够从低温到高温获得稳定的旋转的、寿命长且能以低成本制造的涡轮增压器用球轴承单元。只在靠近排气流路(1)的、受到在该排气流路(1)中流通的排气的热量的作用而容易温度上升的构成零件(18、19、20、21)中,使用比较昂贵的具有高耐热性的材料,在靠近供温度比较低的空气流通的供气流路(5)的构成零件(11、12、13、14)中,使用比较便宜的材料,从而能够以低成本提供可以从低温到高温获得稳定的旋转的涡轮增压器用球轴承单元。
文档编号F16C33/62GK202531638SQ201220066948
公开日2012年11月14日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者牧俊宏, 矢野修一 申请人:日本精工株式会社

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