涡轮转子及装入有该涡轮转子的涡轮增压机的制作方法
涡轮转子及装入有该涡轮转子的涡轮增压机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在涡轮叶轮的背面沿叶轮周向设有非平衡修正部的涡轮转子及装入有该涡轮转子的涡轮增压机，特别是涉及在对钛铝合金进行精密铸造制造而成的涡轮叶轮的背面侧设有非平衡修正部的涡轮转子。
【背景技术】
[0002]基于图1说明作为本发明的前提技术的涡轮转子的结构。
[0003]图1是径向涡轮转子的局部主视图，由涡轮转子轴7和涡轮叶轮5构成，涡轮叶轮5在叶轮旋转轴线C 一 C上设置有圆锥台状的轮毂50，而且在该轮毂50的外周围沿周向大致等间隔地设置有多个叶片(叶片)40。另外，在相邻的所有的叶片40之间切出弧形缺口状的扇部30。而且，扇部30在叶片40的负压面和与其相邻的叶片40的压力面之间形成。从叶轮旋转轴线C 一 C到扇部30的内缘的最小半径部分位于两个叶片40、40之间的大致中心部。因此，这些扇部30以最小半径部分为中心形成左右对称的形状。这些扇部30实现使涡轮叶轮5的离心应力和惯性力矩降低的作用。
[0004]另外，上述涡轮叶轮5固定设置有沿其背面侧的旋转轴线C - C上延伸的转子轴7。转子轴7在其前端侧一体地安装有比该转子轴粗径的中间轴部20，经由该中间轴部20将转子叶轮固定于上述转子轴7。(参照专利文献2、专利文献3)
[0005]另外，这样的涡轮叶轮5由于通过铸造来制造，所以叶轮的铸物自身会产生相对于旋转轴心的偏重量、即非平衡。而且，在将产生了该非平衡的涡轮叶轮5装入涡轮转子I而构成涡轮增压机的情况下，在上述涡轮转子高速旋转时由于上述非平衡的离心力引起导致涡轮增压机自身的振动。
[0006]因此，目前，作为修正上述铸造的涡轮叶轮的非平衡的技术，在涡轮叶轮背面侧，与旋转轴线C 一 C同心状地形成有环圆弧状的非平衡切削部。
[0007]上述涡轮增压机的中，特别是机动车用涡轮增压机正在进行为了提高燃料效率并且缩小化，另外，有为提高性能而排气温度高温化的趋势。
[0008]对于这种性能提高的要求，提案有由耐热性优异的TiAl基合金形成涡轮叶轮，并通过Ni钎料等钎料与钢材的轴接合而成的涡轮转子，例如已知有非专利文献I。
[0009]这种汽车用涡轮增压机所使用的涡轮叶轮5由于既可以精密铸造也可以铸造，所以如图1所示，不能以旋转轴心(C)为中心如机械加工那样，在沿周向取得旋转平衡的同时进行加工，因此，目前，在上述精密铸造后的涡轮叶轮5的轮毂背面侧利用立铣刀等切削工具沿叶轮周向圆弧状地切削而形成平衡切削部11，或切削轮毂50前端侧的凸台部12而实现旋转非平衡的修正。
[0010]而且，形成于上述叶轮背面侧的圆弧状的平衡切削部11在越接近比旋转轴心侧的中间轴部20靠外侧的扇部缘侧越修正旋转平衡的方面是优选的，但形成叶轮的TiAl为脆的材料，因此，若接近扇部缘侧进行平衡切削11，则越往前作为切削工具的立铣刀等切削按压力越向叶轮的扇形部30传递，容易在该扇形部30产生裂纹或破裂。而且，如果在扇形部30具有破裂的状态下使叶轮高速旋转进行运转，则脆性材料的叶轮上的上述裂纹或破裂扩展，在运转中祸轮叶轮5可能破损、
[0011]扇形部30产生破裂的理由是，由于如图1所示将旋转的立铣刀等切削工具按压于涡轮叶轮5背面部进行切削加工，所以对扇形部30作用按压力，在脆的TiAl上产生破裂，另一方面，专利文献I中公开有不使用上述切削工具而使用激光修正旋转平衡的技术。
[0012]但是，这样的技术由于不对涡轮叶轮5自身进行加工而切削紧固固定叶片40的叶轮螺母来自动调心，因此，仅适用于修正转子轴和叶轮分离的压缩机叶轮侧的旋转平衡的技术。
[0013]而且，在上述现有技术中，“在以超过叶轮上产生的振动的振幅为最大的一次共振点的方式使叶轮螺母旋转的状态下，利用将照射位置固定于一点的激光LS将叶轮螺母从其正面方向继续切削来自动调心”，因此，存在平衡修正繁杂，特别是存在平衡修正部的划定位置如果不能使叶轮螺母旋转则就不能决定等问题，不能面向大量生产。
[0014]另外，上述技术由于通过激光切削叶轮螺母正面侧而实现旋转平衡的修正，所以与在涡轮叶轮5背面侧设置平衡切削部11的本发明基本上不同。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:特开2010 - 203803号公报(参照摘要及图4)
[0018]专利文献2:特开平10 - 193087号公报)
[0019]专利文献3:特开2003 — 269105号公报(参照段落(0005))
[0020]非专利文献
[0021]非专利文献1:丰田中央研宄所r&D U匕、I 一(研宄与设计评论)V0135N03研宄报告涡轮增压机用高性能合金(2000年9月发行)
【发明内容】
[0022]发明所要解决的课题
[0023]本发明提供一种涡轮转子及使用该涡轮转子的涡轮增压机，设于涡轮叶轮背面的平衡修正部的划定位置清晰，即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚。
[0024]特别是，本发明中，在平衡修正为平衡切削的情况下，通过相对于扇径S减小平衡切削最大径BCmax，可以加厚平衡切削最大径的部分的板厚t，所以可以降低破裂产生风险。
[0025]另外，本发明的其它目的在于，提供一种涡轮转子，其极力增大扇形部的截面R，可加厚平衡切削位置的轮毂板厚，可极力降低破裂的风险。
[0026]用于解决课题的技术方案
[0027]本发明为实现这样的技术课题，提案有一种涡轮转子，设有:
[0028]涡轮叶轮5，对钛铝合金进行精密铸造，在通过叶轮旋转轴心的轮毂的外周围沿周向设置多个叶片，并且将相邻的所有叶片间40切开而形成弧形缺口状的扇形部30 ;
[0029]转子轴7，在该涡轮叶轮5的轮毂背面侧，沿叶轮旋转轴线C 一 C上固定设置；
[0030]旋转平衡修正部，在涡轮叶轮5的轮毂背面侧沿旋转的叶轮周向设置，由平衡切削部11或平衡加厚部的任一个或两个构成，其中，
[0031](I)在所述平衡修正部的周向上所设置的区域，该周向区域的内缘侧(平衡切削最小径BCmin)比转子轴的叶轮安装侧的最大径大，
[0032](2)该周向区域的外缘侧(平衡切削最大径BCmax)比涡轮叶轮5的扇径S小，
[0033](3)在从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为“1.75t ^ w”(w:周向区域(平衡切削)的半径方向幅度)的位置设定有所述区域。
[0034]此外，转子轴7通常在其前端侧一体安装有比该转子轴粗径的中间轴部20，多经由该中间轴部利于钎焊接合或电子束焊接涡轮叶轮5，因此，转子轴的叶轮安装侧的最大径例如不是转子轴自身的轴径，而是指比所述转子轴扩径的中间轴部。
[0035]另外，所述(2)所示的扇径是指以叶轮旋转轴心为中心与扇形部30内缘相接的半径。
[0036]本发明的涡轮叶轮5背面侧的平衡切削由于以圆弧状的幅度切削，所以作为切削工具使用下面和侧面成为“刃“的立铣刀是有利的。
[0037]而且，本发明中，如所述⑴所示，以使圆弧状平衡切削的最小径BCmin比转子轴的中间轴径的最大径JKmax大(BCmin > JKmax)为前提，但因为立铣刀的侧面为刃，所以BCmin = JKma+αχ的余裕度α需要用于除去由侧面刃产生的切粉的空隙幅度。通常该空隙幅度只要为2mm即可。
[0038]其次，进行平衡切削最大径BCmax的探讨。
[0039]首先，BCmax必须位于轮毂侧，⑵以比涡轮叶轮5的扇径S小为前提，而且还根据实验结果判明了，通过将平衡切削的半径方向幅度w相对于从叶轮背面到轮毂表面的板厚t设定为1.75t ^ W，可以降低平衡切削削成时的涡轮叶轮5的破裂。
[0040]在此，规定为“1.75t兰w “的理由如后述实施例所示，确认了:在将周向区域(平衡切削)的半径方向幅度w设定为5_的情况下，在板厚t为I (mm)时全部产生破裂，另一方面，在将半径方向幅度w缩小设定为3.5mm的情况下，在板厚t为I (mm)时，也全部产生破裂，但在将半径方向幅度w缩小设定为3.5mm，且将板厚t设定为2 (mm)以上的情况下，可以降低破裂的产生。(参照后述现有例I及实施例 1)
[0041]S卩，在所述(I)及(2)的条件下，设于涡轮叶轮5背面的平衡修正部的划定位置清晰，实现即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚的效果，但不能实现降低破裂发生风险的效果。
[0042]在切削成为平衡切削部11的情况下，作为该切削工具的立铣刀如上述那样为轴状刃具，且“下面”成为刃部，因此，由于以从叶轮背面到轮毂表面的板厚承受立铣刀的按压力，所以从叶轮背面到轮毂表面的板厚越薄，该按压力引起的涡轮叶轮5的破裂越容易产生。
[0043]另一方面，为防止所述破裂，也可以使平衡切削部最大径接近旋转轴心侧，但如果这样构成，则可能不能有效地产生叶轮旋转得到的惯性力。
[0044]因此，通过增加所述(3)的条件，可以实现本发明的效果。
[0045]而且，所述(I)、(2)、(3)的条件有效适用于在涡轮叶轮5背面侧形成的平衡切削部11的切削，该情况下，形成所述平衡修正部(平衡切削部11)的周向区域可以为与旋转轴心同心的圆弧区域。
[0046]另外，在涡轮叶轮5背面的平衡修正部为平衡切削部11的情况下，可以设定平衡切削部11，以使平衡切削最大径BCmax位置的切削深度Dp为“Dp < “从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t - Dp””。(条件(4))
[0047]S卩，仅所述(1)、(2)及(3)的规定中，虽然可以消减平衡切削的幅度，但由于平衡切削量减少，所以有不能修正非平衡的风险。
[0048]因此，本发明中，通过设定条件(4)，可以在平衡切削时不产生破裂的范围内加深平衡切削，且即使消减平衡切削的幅度，平衡切削量也不会减少，可以修正旋转非平衡。
[0049]另外，通过所述(4)的条件，如果增大从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t，则能够进一步修正旋转非平衡。
[0050]而且，本发明优选的是，要增大沿着轮毂板厚方向的轮毂外缘侧的扇形部30的板厚t，平衡切削最大径BCmax在从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为平衡切削的周向区域的半径方向幅度3 0.57w的位置设定所述区域，更优选的是，具备:
[0051]形成于所述叶片40的圆弧状的轮毂面、和
[0052]从所述涡轮叶轮5背面侧朝向所述轮毂面弧状形成的扇部的R部，
[0053]所述R部和轮毂面的连接点位置的扇形部30的板厚可以为切削深度Dp的1.8倍以上。
[0054]通过这样的结构，通过增大扇形部30的R，可以加厚平衡切削位置的轮毂板厚，可以降低破裂的风险。
[0055]另外，本发明有效适用于通过包含立铣刀加工的机械加工来形成所述平衡切削部11的涡轮转子。即，立铣刀加工与激光加工或超声波加工相比，精度高，且对大量生产有效。
[0056]另外，本发明的涡轮转子在平衡切削所述平衡修正部的同时，在叶轮背面的翼根部加厚TiAl而形成。
[0057]根据本发明，通过在叶轮背面的翼根部加厚TiAl，在降低平衡切削部11的切削量的同时，进行付加重量的微调整。
[0058]发明效果
[0059]根据这样的发明，在涡轮叶轮5的轮毂背面侧设置平衡切削部11的涡轮转子中，可以使设于所述轮毂背面的平衡切削部11或加厚的平衡修正部的划定位置清晰，并且即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚。
[0060]特别是，本发明在平衡修正为平衡切削的情况下，通过相对于扇径S减小平衡切削最大径BCmax，可以加厚平衡切削最大径的部分的板厚t，因此，可以提供能够降低破裂产生风险的涡轮转子。
[0061]本发明的其它目的在于，提供一种能够极力增大扇形部30的截面R，加厚平衡切削位置的轮毂板厚，且可以极力降低破裂的风险的涡轮转子。
【附图说明】
[0062]图1是装入图2的涡轮增压机的涡轮转子，(A)是省略转子轴下方侧公开的其主要部分主视图，(B)是表示涡轮叶轮的背面侧的(A)的A — A线剖面图；
[0063]图2是本发明的涡轮增压机的整体结构图；
[0064]图3(A)是现有技术，(B)表示本实施例的涡轮叶轮的背面侧，(C)是(A) (B)的轴剖面图；
[0065]图4(A)是基于图3(B)的实施例1的尺寸的本实施例2的轴剖面图，⑶是现有技术的轴截面说明图。
【具体实施方式】
[0066](实施方式)
[0067]图2是本发明的装入有涡轮转子的涡轮增压机I的沿着旋转轴线C一 C的剖面图。
[0068]首先，以乘用车发动机用的涡轮增压机为例说明涡轮增压机I的构成的概要。该涡轮增压机1，在涡轮机壳3的外周部涡卷状地形成有涡卷部17，在该涡卷状的中心部分配设有涡轮叶轮5，且涡轮叶轮5和涡轮转子轴7的一端部通过钎料接合成一体，形成涡轮转子19。就涡轮转子19而言，具有旋转支承涡轮转子轴7的轴承9的轴承壳10、和收容压缩机的叶轮13的压缩机壳15在旋转轴线C 一 C方向上相邻配置。
[0069]另外，在轴承壳10上设有绕旋转轴线C - C可旋转地支承涡轮转子轴7的左右一对轴承9、9。而且，经由润滑油路21分别向该轴承9、9供给润滑油。
[0070]该轴承壳10和上述涡轮机壳3通过形成于各自的端部的突出凸缘10a、3a对接，并在其外周嵌合截面形状具有大致3形的环状的卡环23而结合。在该结合部夹持后述的背板11的固定部即外凸缘部11a。
[0071]另外，在涡轮转子轴7的另一端部，利用安装螺母25固定压缩机的叶轮13。另外，在压缩机壳15上形成有空气入口通路27、扩散器60、涡卷状的空气通路29，并且由它们构成呙心压缩机31。
[0072]在由这种结构构成的涡轮增压机I工作时，来自发动机(图示省略)的排气进入上述涡卷部17，从该涡卷部17并从涡轮叶轮5的涡轮叶片的外周侧流入涡轮叶轮5的涡轮叶片，且向中心侧沿半径方向流动，在对该涡轮叶轮5进行膨胀做功后，沿轴方向流出并导向气体出口 33，送出到机器外。
[0073]另一方面，涡轮叶轮5的旋转经由涡轮转子轴7使压缩机的叶轮13旋转，通过压缩机壳15的空气入口通路27，将被吸入的空气由该叶轮13加压，通过扩散器60、空气通路29向发动机(图示省略)供给。
[0074]图1是装入上述涡轮增压机的涡轮转子，(A)是将转子轴下方侧省略表示的其主要部分主视图，(B)是表示涡轮叶轮的背面侧的(A)的A — A向视图。
[0075]图中，涡轮转子由涡轮叶轮5、转子轴7及旋转平衡修正部构成，涡轮叶轮5在通过叶轮旋转轴心的轮毂的外周围沿周向设置多个叶片40，并且将相邻的所有叶片40间切开而形成弧形缺口状的扇形部30 ;转子轴7沿该涡轮叶轮5的轮毂背面侧的、叶轮旋转轴线C-C上固定设置；旋转平衡修正部由在涡轮叶轮5的轮毂50背面侧沿旋转的叶轮周向设置的平衡切削部11或平衡加厚部的任一个或两个构成。(本图的情况下在轮毂前端侧也设有平衡切削部12。)
[0076]而且，涡轮叶轮5由耐热性优异的TiAl制形成，涡轮转子轴7使用碳素钢、例如SC材料、SCM材料的钢材形成，涡轮叶轮5和涡轮转子轴7通过例如Ni钎料等钎料利用高频加热进行钎焊接合。此外，转子轴7在其前端侧一体安装有比该转子轴7粗径的中间轴部20，且经由该中间轴部20将转子叶轮5焊接于转子轴7上。
[0077]在叶轮背面侧削出的平衡切削部11使用作为切削工具的立铣刀60，在比中间轴部20外径大且从轮毂外径侧的扇径向内侧的叶轮背面侧的180°对称位置，以与叶轮旋转轴心同心的环圆弧状形成有I对。
[0078]当然，该平衡切削部11未必是圆弧，也可以形成为圆形状，只要修正旋转平衡，则其个数、位置、形状不限。
[0079]而且，平衡切削部11由于将立铣刀60按压于涡轮叶轮5背面部进行切削加工，所以可能对扇形部30作用力，且由于涡轮叶轮材质为TiAl材料，所以可能在叶轮背面产生破
M
O
[0080](现有例I)
[0081]例如，在图3(A)的现有技术中，在涡轮叶轮外径为Φ52πιπι，转子轴的叶轮安装侧的最大径(JKmax)为Φ 20mm，扇径Φ 34mm的祸轮叶轮5上，以平衡切削最小径BCmin Φ 22mm、平衡切削最大径BCmax Φ 32mm(平衡切削幅W 5mm)平衡切削位置的最大径/扇径=94%的比率实施 平衡切削，大致100%的概率会产生破裂。(试样:100个)
[0082](实施例1)
[0083]其次，如图3(B)所示，将平衡切削最小径ΒΟι?ηΦ22πιπι固定，以平衡切削最大径BCmax从Φ32ι?πι(平衡切削幅=5mm)改为Φ29ι?πι(平衡切削幅w = 3.5mm)平衡切削位置的最大径/扇径=85%的比率实施平衡切削，破裂产生率从100%降低至30%。(试样:100个)
[0084]此外，图3 (C)是图3 (A)⑶的轴剖面图。
[0085]其次，尝试调查未产生上述破裂和产生上述破裂的、平衡切削最大径BCmax位置的切削深度Dp。
[0086]具体而言，关于平衡切削最大径BCmax Φ 29mm(平衡切削幅=3.5mm)，提取未产生上述破裂的30个(此外，板厚t均为2mm以上。)、和切削深度Dp为5.5mm以下且产生破裂的19个，调查板厚t和切削深度Dp的关系。
[0087]切肖Ij深度 Dp 以 0.5mm 单位计，为 1.5mm(12 个)、2.0mm(18 个)、2.5mm(5个)3.0mm(4个)，另一方面，板厚t在1.7mm?6.2mm的范围。
[0088]而且，对于上述试样49个可确认，Dp〈“从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t - Dp”的涡轮叶轮5(30/49个)没有产生破裂，特别是即使是切削深度Dp为3.0mm(4个)，板厚t为6mm(为进行0.5mm单位的测量，板厚t为5.5mm以上)的也不产生破裂。此夕卜，就板厚t而言，为进行0.5mm单位的测量，只要板厚t大于5.5mm(切削深度Dp的1.8培以上)即可，推定为不会产生破裂。
[0089]如上述，通过相对于扇径减小平衡切削最大径BCmax，平衡切削最大径BCmax的部分的板厚加厚，由此可以降低破裂产生风险，而且，由于切削深度Dp满足Dp <“从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t 一 Dp”的不等式，从而得到对于涡轮叶轮5而言不会产生破裂的见解。
[0090]因此，只要能够增大从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t，就能够降低通过限制切削深度Dp而不能修正不平衡的风险，也理解为能够顺利地修正旋转平衡。
[0091](实施例2)
[0092]基于图4(A) (B)，在与现有技术比较的基础上说明本发明的实施例2。
[0093]图4(A)表示叶片40的流路出口侧的轮毂侧板厚t在涡轮叶轮背面侧减薄的状态，各部尺寸与上述实施例1相同。在这种结构的涡轮叶轮5中，自图4(B)可理解，如果减小划定上述叶片40的轮毂面的圆弧曲线的曲率半径R1，则从该涡轮叶轮5的背面侧朝向上述轮毂面50a弧状形成的扇部的R部大径化，如果R部大径化，则上述R部和轮毂面50a的连接点位置的扇形部30的板厚变厚。
[0094]在与现有技术比较的基础上具体说明本发明时，图4(A)是基于上述实施例1的尺寸的本实施例2的轴剖面图。
[0095]如根据本图所理解，如果将划定上述叶片40的轮毂面的圆弧曲线的曲率半径Rl设定为20mm，则从上述涡轮叶轮5的背面侧朝向上述轮毂面50a弧状形成的扇部的R部减小，上述R部和轮毂面50a的连接点位置的扇形部30的板厚为1mm，扇形部30的R/叶轮外径=2%，在这种形状中，以大致100%的概率产生破裂(试样:100个)如上述。
[0096]因此，本发明者发现，通过如图4(B)所示极力减小划定上述轮毂50的轮毂面50a的曲率半径R1，可以增大上述扇形部30的R部。(图4(B)的实施例中，半径为13mm)
[0097]S卩，具备:划定上述叶片40的轮毂侧的缘线的圆弧曲线Rl的轮毂面50a、和
[0098]从上述涡轮叶轮5背面侧朝向上述轮毂外径线Rl弧状形成的扇部的R部，
[0099]上述R部和轮毂面50a的连接点位置的扇形部30的板厚可以为切削深度Dp的1.8培以上，优选为2倍以上。
[0100]通过这样规定，如上述实施例1所示，可确认，即使切削深度Dp为3.0mm(4个)，板厚t为5.5?6mm的也不会产生破裂。
[0101]因此，根据本发明，
[0102]如果扇形部30的R小，则板厚减薄，因此，平衡切削时容易产生破裂，但通过增大扇形部30的R，板厚加厚，因此，可以降低破裂的风险。通过增大上述R，将叶轮背面的翼(叶片)间连结的圆的径减小，因此，能够以可确保背面的平衡切削幅的扇形部30的R部为最大的方式形成。此时的R部的厚度和叶轮背面的外径比可设定为4%以上，优选为7%以上，更优选为10?13%。
[0103]产业上的可利用性
[0104]如以上所记载，根据本发明，设于涡轮叶轮5背面的平衡修正部的划定位置清晰，即使大量生产也能够得到可均等地进行平衡切削或加厚的涡轮转子。
[0105]特别是在平衡修正为平衡切削的情况下，通过相对于扇径S减小平衡切削最大径BCmax，能够加厚平衡切削最大径的部分的板厚t，因此，可以降低破裂产生风险。
【主权项】
1.一种涡轮转子，其特征在于，设有: 涡轮叶轮，对钛铝合金进行精密铸造，在通过叶轮旋转轴心的轮毂的外周围沿周向设置多个叶片，并且将相邻的所有叶片间切开而形成弧形缺口状的扇形部； 转子轴，在该涡轮叶轮的轮毂背面侧，沿叶轮旋转轴线上固定设置； 旋转平衡修正部，由在涡轮叶轮的轮毂背面侧沿旋转的叶轮周向设置的平衡切削部或平衡加厚部的任一个或两个构成， 在所述平衡修正部的周向上所设置的区域，该周向区域的内缘侧(平衡切削最小径BCmin)比转子轴的叶轮安装侧的最大径大， 该周向区域的外缘侧(平衡切削最大径BCmax)比涡轮叶轮的扇径S小，且在“从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为1.75t ^ w”(w:周向区域(平衡切削)的半径方向幅度)的位置设定有所述区域。2.如权利要求1所述的涡轮转子，其中， 在涡轮叶轮背面的平衡修正部为平衡切削部的情况下，设定平衡切削部，以使平衡切削最大径BCmax位置的切削深度Dp为“Dp <"BCmax位置的从叶轮背面到轮毂表面的板厚t - Dp，，，，。3.如权利要求1所述的涡轮转子，具备具有沿轮毂面立设有多个而成的叶轮的涡轮叶轮，其特征在于，具备: 划定所述叶轮的轮毂侧的缘线的圆弧状形成的轮毂面、和 从所述涡轮叶轮背面侧朝向所述轮毂面弧状形成的扇形的R部， 所述R部和轮毂面的连接点位置在比平衡切削的最大径BCmax位置更靠外径侧， 且所述R部和轮毂面的连接点位置的扇形部的板厚t为切削深度Dp的1.8倍以上。4.如权利要求1或2所述的涡轮转子，其中， 通过包含立铣刀加工的机械加工来形成所述平衡切削部。5.如权利要求1所述的涡轮转子，其中， 形成所述平衡修正部的周向区域为圆弧区域。6.如权利要求1所述的涡轮转子，其中， 对所述平衡修正部进行平衡切削，并且在叶轮背面的翼根部加厚TiAl而形成。7.一种涡轮增压机，其特征在于， 具备权利要求1?6中任一项所述的涡轮转子。
【专利摘要】本发明的目的在于，提供一种涡轮转子及使用该涡轮转子的涡轮增压机，设于涡轮叶轮(5)背面的平衡修正部的划定位置清晰，即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚，该涡轮转子设有：涡轮叶轮(5)，对钛铝合金进行精密铸造，在通过叶轮旋转轴心的轮毂(50)的外周围沿周向设置多个叶片(40)，并且将相邻的所有叶片(40)间切开而形成弧形缺口状的扇形部(30)；转子轴(7)，在该涡轮叶轮的轮毂背面侧的、沿叶轮旋转轴线C－C上固定设置；平衡切削部(11)，在涡轮叶轮的轮毂背面侧沿旋转的叶轮周向设置，其中，所述平衡切削的最小径BCmin比转子轴的叶轮安装侧的最大径大，平衡切削最大径BCmax比涡轮叶轮的扇径S小，且在“从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为1.75t≧w”(w：周向区域(平衡切削)的半径方向幅度)的位置设定所述区域。
【IPC分类】F02B39/00, F02B39/16
【公开号】CN104903561
【申请号】CN201380069358
【发明人】大坪瞳, 新井贵, 中川大志, 山口秀树, 吉田正和
【申请人】三菱重工业株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年2月22日
【公告号】WO2014128930A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及在涡轮叶轮的背面沿叶轮周向设有非平衡修正部的涡轮转子及装入有该涡轮转子的涡轮增压机，特别是涉及在对钛铝合金进行精密铸造制造而成的涡轮叶轮的背面侧设有非平衡修正部的涡轮转子。
【背景技术】
[0002]基于图1说明作为本发明的前提技术的涡轮转子的结构。
[0003]图1是径向涡轮转子的局部主视图，由涡轮转子轴7和涡轮叶轮5构成，涡轮叶轮5在叶轮旋转轴线C 一 C上设置有圆锥台状的轮毂50，而且在该轮毂50的外周围沿周向大致等间隔地设置有多个叶片(叶片)40。另外，在相邻的所有的叶片40之间切出弧形缺口状的扇部30。而且，扇部30在叶片40的负压面和与其相邻的叶片40的压力面之间形成。从叶轮旋转轴线C 一 C到扇部30的内缘的最小半径部分位于两个叶片40、40之间的大致中心部。因此，这些扇部30以最小半径部分为中心形成左右对称的形状。这些扇部30实现使涡轮叶轮5的离心应力和惯性力矩降低的作用。
[0004]另外，上述涡轮叶轮5固定设置有沿其背面侧的旋转轴线C - C上延伸的转子轴7。转子轴7在其前端侧一体地安装有比该转子轴粗径的中间轴部20，经由该中间轴部20将转子叶轮固定于上述转子轴7。(参照专利文献2、专利文献3)
[0005]另外，这样的涡轮叶轮5由于通过铸造来制造，所以叶轮的铸物自身会产生相对于旋转轴心的偏重量、即非平衡。而且，在将产生了该非平衡的涡轮叶轮5装入涡轮转子I而构成涡轮增压机的情况下，在上述涡轮转子高速旋转时由于上述非平衡的离心力引起导致涡轮增压机自身的振动。
[0006]因此，目前，作为修正上述铸造的涡轮叶轮的非平衡的技术，在涡轮叶轮背面侧，与旋转轴线C 一 C同心状地形成有环圆弧状的非平衡切削部。
[0007]上述涡轮增压机的中，特别是机动车用涡轮增压机正在进行为了提高燃料效率并且缩小化，另外，有为提高性能而排气温度高温化的趋势。
[0008]对于这种性能提高的要求，提案有由耐热性优异的TiAl基合金形成涡轮叶轮，并通过Ni钎料等钎料与钢材的轴接合而成的涡轮转子，例如已知有非专利文献I。
[0009]这种汽车用涡轮增压机所使用的涡轮叶轮5由于既可以精密铸造也可以铸造，所以如图1所示，不能以旋转轴心(C)为中心如机械加工那样，在沿周向取得旋转平衡的同时进行加工，因此，目前，在上述精密铸造后的涡轮叶轮5的轮毂背面侧利用立铣刀等切削工具沿叶轮周向圆弧状地切削而形成平衡切削部11，或切削轮毂50前端侧的凸台部12而实现旋转非平衡的修正。
[0010]而且，形成于上述叶轮背面侧的圆弧状的平衡切削部11在越接近比旋转轴心侧的中间轴部20靠外侧的扇部缘侧越修正旋转平衡的方面是优选的，但形成叶轮的TiAl为脆的材料，因此，若接近扇部缘侧进行平衡切削11，则越往前作为切削工具的立铣刀等切削按压力越向叶轮的扇形部30传递，容易在该扇形部30产生裂纹或破裂。而且，如果在扇形部30具有破裂的状态下使叶轮高速旋转进行运转，则脆性材料的叶轮上的上述裂纹或破裂扩展，在运转中祸轮叶轮5可能破损、
[0011]扇形部30产生破裂的理由是，由于如图1所示将旋转的立铣刀等切削工具按压于涡轮叶轮5背面部进行切削加工，所以对扇形部30作用按压力，在脆的TiAl上产生破裂，另一方面，专利文献I中公开有不使用上述切削工具而使用激光修正旋转平衡的技术。
[0012]但是，这样的技术由于不对涡轮叶轮5自身进行加工而切削紧固固定叶片40的叶轮螺母来自动调心，因此，仅适用于修正转子轴和叶轮分离的压缩机叶轮侧的旋转平衡的技术。
[0013]而且，在上述现有技术中，“在以超过叶轮上产生的振动的振幅为最大的一次共振点的方式使叶轮螺母旋转的状态下，利用将照射位置固定于一点的激光LS将叶轮螺母从其正面方向继续切削来自动调心”，因此，存在平衡修正繁杂，特别是存在平衡修正部的划定位置如果不能使叶轮螺母旋转则就不能决定等问题，不能面向大量生产。
[0014]另外，上述技术由于通过激光切削叶轮螺母正面侧而实现旋转平衡的修正，所以与在涡轮叶轮5背面侧设置平衡切削部11的本发明基本上不同。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:特开2010 - 203803号公报(参照摘要及图4)
[0018]专利文献2:特开平10 - 193087号公报)
[0019]专利文献3:特开2003 — 269105号公报(参照段落(0005))
[0020]非专利文献
[0021]非专利文献1:丰田中央研宄所r&D U匕、I 一(研宄与设计评论)V0135N03研宄报告涡轮增压机用高性能合金(2000年9月发行)
【发明内容】
[0022]发明所要解决的课题
[0023]本发明提供一种涡轮转子及使用该涡轮转子的涡轮增压机，设于涡轮叶轮背面的平衡修正部的划定位置清晰，即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚。
[0024]特别是，本发明中，在平衡修正为平衡切削的情况下，通过相对于扇径S减小平衡切削最大径BCmax，可以加厚平衡切削最大径的部分的板厚t，所以可以降低破裂产生风险。
[0025]另外，本发明的其它目的在于，提供一种涡轮转子，其极力增大扇形部的截面R，可加厚平衡切削位置的轮毂板厚，可极力降低破裂的风险。
[0026]用于解决课题的技术方案
[0027]本发明为实现这样的技术课题，提案有一种涡轮转子，设有:
[0028]涡轮叶轮5，对钛铝合金进行精密铸造，在通过叶轮旋转轴心的轮毂的外周围沿周向设置多个叶片，并且将相邻的所有叶片间40切开而形成弧形缺口状的扇形部30 ;
[0029]转子轴7，在该涡轮叶轮5的轮毂背面侧，沿叶轮旋转轴线C 一 C上固定设置；
[0030]旋转平衡修正部，在涡轮叶轮5的轮毂背面侧沿旋转的叶轮周向设置，由平衡切削部11或平衡加厚部的任一个或两个构成，其中，
[0031](I)在所述平衡修正部的周向上所设置的区域，该周向区域的内缘侧(平衡切削最小径BCmin)比转子轴的叶轮安装侧的最大径大，
[0032](2)该周向区域的外缘侧(平衡切削最大径BCmax)比涡轮叶轮5的扇径S小，
[0033](3)在从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为“1.75t ^ w”(w:周向区域(平衡切削)的半径方向幅度)的位置设定有所述区域。
[0034]此外，转子轴7通常在其前端侧一体安装有比该转子轴粗径的中间轴部20，多经由该中间轴部利于钎焊接合或电子束焊接涡轮叶轮5，因此，转子轴的叶轮安装侧的最大径例如不是转子轴自身的轴径，而是指比所述转子轴扩径的中间轴部。
[0035]另外，所述(2)所示的扇径是指以叶轮旋转轴心为中心与扇形部30内缘相接的半径。
[0036]本发明的涡轮叶轮5背面侧的平衡切削由于以圆弧状的幅度切削，所以作为切削工具使用下面和侧面成为“刃“的立铣刀是有利的。
[0037]而且，本发明中，如所述⑴所示，以使圆弧状平衡切削的最小径BCmin比转子轴的中间轴径的最大径JKmax大(BCmin > JKmax)为前提，但因为立铣刀的侧面为刃，所以BCmin = JKma+αχ的余裕度α需要用于除去由侧面刃产生的切粉的空隙幅度。通常该空隙幅度只要为2mm即可。
[0038]其次，进行平衡切削最大径BCmax的探讨。
[0039]首先，BCmax必须位于轮毂侧，⑵以比涡轮叶轮5的扇径S小为前提，而且还根据实验结果判明了，通过将平衡切削的半径方向幅度w相对于从叶轮背面到轮毂表面的板厚t设定为1.75t ^ W，可以降低平衡切削削成时的涡轮叶轮5的破裂。
[0040]在此，规定为“1.75t兰w “的理由如后述实施例所示，确认了:在将周向区域(平衡切削)的半径方向幅度w设定为5_的情况下，在板厚t为I (mm)时全部产生破裂，另一方面，在将半径方向幅度w缩小设定为3.5mm的情况下，在板厚t为I (mm)时，也全部产生破裂，但在将半径方向幅度w缩小设定为3.5mm，且将板厚t设定为2 (mm)以上的情况下，可以降低破裂的产生。(参照后述现有例I及实施例 1)
[0041]S卩，在所述(I)及(2)的条件下，设于涡轮叶轮5背面的平衡修正部的划定位置清晰，实现即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚的效果，但不能实现降低破裂发生风险的效果。
[0042]在切削成为平衡切削部11的情况下，作为该切削工具的立铣刀如上述那样为轴状刃具，且“下面”成为刃部，因此，由于以从叶轮背面到轮毂表面的板厚承受立铣刀的按压力，所以从叶轮背面到轮毂表面的板厚越薄，该按压力引起的涡轮叶轮5的破裂越容易产生。
[0043]另一方面，为防止所述破裂，也可以使平衡切削部最大径接近旋转轴心侧，但如果这样构成，则可能不能有效地产生叶轮旋转得到的惯性力。
[0044]因此，通过增加所述(3)的条件，可以实现本发明的效果。
[0045]而且，所述(I)、(2)、(3)的条件有效适用于在涡轮叶轮5背面侧形成的平衡切削部11的切削，该情况下，形成所述平衡修正部(平衡切削部11)的周向区域可以为与旋转轴心同心的圆弧区域。
[0046]另外，在涡轮叶轮5背面的平衡修正部为平衡切削部11的情况下，可以设定平衡切削部11，以使平衡切削最大径BCmax位置的切削深度Dp为“Dp < “从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t - Dp””。(条件(4))
[0047]S卩，仅所述(1)、(2)及(3)的规定中，虽然可以消减平衡切削的幅度，但由于平衡切削量减少，所以有不能修正非平衡的风险。
[0048]因此，本发明中，通过设定条件(4)，可以在平衡切削时不产生破裂的范围内加深平衡切削，且即使消减平衡切削的幅度，平衡切削量也不会减少，可以修正旋转非平衡。
[0049]另外，通过所述(4)的条件，如果增大从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t，则能够进一步修正旋转非平衡。
[0050]而且，本发明优选的是，要增大沿着轮毂板厚方向的轮毂外缘侧的扇形部30的板厚t，平衡切削最大径BCmax在从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为平衡切削的周向区域的半径方向幅度3 0.57w的位置设定所述区域，更优选的是，具备:
[0051]形成于所述叶片40的圆弧状的轮毂面、和
[0052]从所述涡轮叶轮5背面侧朝向所述轮毂面弧状形成的扇部的R部，
[0053]所述R部和轮毂面的连接点位置的扇形部30的板厚可以为切削深度Dp的1.8倍以上。
[0054]通过这样的结构，通过增大扇形部30的R，可以加厚平衡切削位置的轮毂板厚，可以降低破裂的风险。
[0055]另外，本发明有效适用于通过包含立铣刀加工的机械加工来形成所述平衡切削部11的涡轮转子。即，立铣刀加工与激光加工或超声波加工相比，精度高，且对大量生产有效。
[0056]另外，本发明的涡轮转子在平衡切削所述平衡修正部的同时，在叶轮背面的翼根部加厚TiAl而形成。
[0057]根据本发明，通过在叶轮背面的翼根部加厚TiAl，在降低平衡切削部11的切削量的同时，进行付加重量的微调整。
[0058]发明效果
[0059]根据这样的发明，在涡轮叶轮5的轮毂背面侧设置平衡切削部11的涡轮转子中，可以使设于所述轮毂背面的平衡切削部11或加厚的平衡修正部的划定位置清晰，并且即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚。
[0060]特别是，本发明在平衡修正为平衡切削的情况下，通过相对于扇径S减小平衡切削最大径BCmax，可以加厚平衡切削最大径的部分的板厚t，因此，可以提供能够降低破裂产生风险的涡轮转子。
[0061]本发明的其它目的在于，提供一种能够极力增大扇形部30的截面R，加厚平衡切削位置的轮毂板厚，且可以极力降低破裂的风险的涡轮转子。
【附图说明】
[0062]图1是装入图2的涡轮增压机的涡轮转子，(A)是省略转子轴下方侧公开的其主要部分主视图，(B)是表示涡轮叶轮的背面侧的(A)的A — A线剖面图；
[0063]图2是本发明的涡轮增压机的整体结构图；
[0064]图3(A)是现有技术，(B)表示本实施例的涡轮叶轮的背面侧，(C)是(A) (B)的轴剖面图；
[0065]图4(A)是基于图3(B)的实施例1的尺寸的本实施例2的轴剖面图，⑶是现有技术的轴截面说明图。
【具体实施方式】
[0066](实施方式)
[0067]图2是本发明的装入有涡轮转子的涡轮增压机I的沿着旋转轴线C一 C的剖面图。
[0068]首先，以乘用车发动机用的涡轮增压机为例说明涡轮增压机I的构成的概要。该涡轮增压机1，在涡轮机壳3的外周部涡卷状地形成有涡卷部17，在该涡卷状的中心部分配设有涡轮叶轮5，且涡轮叶轮5和涡轮转子轴7的一端部通过钎料接合成一体，形成涡轮转子19。就涡轮转子19而言，具有旋转支承涡轮转子轴7的轴承9的轴承壳10、和收容压缩机的叶轮13的压缩机壳15在旋转轴线C 一 C方向上相邻配置。
[0069]另外，在轴承壳10上设有绕旋转轴线C - C可旋转地支承涡轮转子轴7的左右一对轴承9、9。而且，经由润滑油路21分别向该轴承9、9供给润滑油。
[0070]该轴承壳10和上述涡轮机壳3通过形成于各自的端部的突出凸缘10a、3a对接，并在其外周嵌合截面形状具有大致3形的环状的卡环23而结合。在该结合部夹持后述的背板11的固定部即外凸缘部11a。
[0071]另外，在涡轮转子轴7的另一端部，利用安装螺母25固定压缩机的叶轮13。另外，在压缩机壳15上形成有空气入口通路27、扩散器60、涡卷状的空气通路29，并且由它们构成呙心压缩机31。
[0072]在由这种结构构成的涡轮增压机I工作时，来自发动机(图示省略)的排气进入上述涡卷部17，从该涡卷部17并从涡轮叶轮5的涡轮叶片的外周侧流入涡轮叶轮5的涡轮叶片，且向中心侧沿半径方向流动，在对该涡轮叶轮5进行膨胀做功后，沿轴方向流出并导向气体出口 33，送出到机器外。
[0073]另一方面，涡轮叶轮5的旋转经由涡轮转子轴7使压缩机的叶轮13旋转，通过压缩机壳15的空气入口通路27，将被吸入的空气由该叶轮13加压，通过扩散器60、空气通路29向发动机(图示省略)供给。
[0074]图1是装入上述涡轮增压机的涡轮转子，(A)是将转子轴下方侧省略表示的其主要部分主视图，(B)是表示涡轮叶轮的背面侧的(A)的A — A向视图。
[0075]图中，涡轮转子由涡轮叶轮5、转子轴7及旋转平衡修正部构成，涡轮叶轮5在通过叶轮旋转轴心的轮毂的外周围沿周向设置多个叶片40，并且将相邻的所有叶片40间切开而形成弧形缺口状的扇形部30 ;转子轴7沿该涡轮叶轮5的轮毂背面侧的、叶轮旋转轴线C-C上固定设置；旋转平衡修正部由在涡轮叶轮5的轮毂50背面侧沿旋转的叶轮周向设置的平衡切削部11或平衡加厚部的任一个或两个构成。(本图的情况下在轮毂前端侧也设有平衡切削部12。)
[0076]而且，涡轮叶轮5由耐热性优异的TiAl制形成，涡轮转子轴7使用碳素钢、例如SC材料、SCM材料的钢材形成，涡轮叶轮5和涡轮转子轴7通过例如Ni钎料等钎料利用高频加热进行钎焊接合。此外，转子轴7在其前端侧一体安装有比该转子轴7粗径的中间轴部20，且经由该中间轴部20将转子叶轮5焊接于转子轴7上。
[0077]在叶轮背面侧削出的平衡切削部11使用作为切削工具的立铣刀60，在比中间轴部20外径大且从轮毂外径侧的扇径向内侧的叶轮背面侧的180°对称位置，以与叶轮旋转轴心同心的环圆弧状形成有I对。
[0078]当然，该平衡切削部11未必是圆弧，也可以形成为圆形状，只要修正旋转平衡，则其个数、位置、形状不限。
[0079]而且，平衡切削部11由于将立铣刀60按压于涡轮叶轮5背面部进行切削加工，所以可能对扇形部30作用力，且由于涡轮叶轮材质为TiAl材料，所以可能在叶轮背面产生破
M
O
[0080](现有例I)
[0081]例如，在图3(A)的现有技术中，在涡轮叶轮外径为Φ52πιπι，转子轴的叶轮安装侧的最大径(JKmax)为Φ 20mm，扇径Φ 34mm的祸轮叶轮5上，以平衡切削最小径BCmin Φ 22mm、平衡切削最大径BCmax Φ 32mm(平衡切削幅W 5mm)平衡切削位置的最大径/扇径=94%的比率实施 平衡切削，大致100%的概率会产生破裂。(试样:100个)
[0082](实施例1)
[0083]其次，如图3(B)所示，将平衡切削最小径ΒΟι?ηΦ22πιπι固定，以平衡切削最大径BCmax从Φ32ι?πι(平衡切削幅=5mm)改为Φ29ι?πι(平衡切削幅w = 3.5mm)平衡切削位置的最大径/扇径=85%的比率实施平衡切削，破裂产生率从100%降低至30%。(试样:100个)
[0084]此外，图3 (C)是图3 (A)⑶的轴剖面图。
[0085]其次，尝试调查未产生上述破裂和产生上述破裂的、平衡切削最大径BCmax位置的切削深度Dp。
[0086]具体而言，关于平衡切削最大径BCmax Φ 29mm(平衡切削幅=3.5mm)，提取未产生上述破裂的30个(此外，板厚t均为2mm以上。)、和切削深度Dp为5.5mm以下且产生破裂的19个，调查板厚t和切削深度Dp的关系。
[0087]切肖Ij深度 Dp 以 0.5mm 单位计，为 1.5mm(12 个)、2.0mm(18 个)、2.5mm(5个)3.0mm(4个)，另一方面，板厚t在1.7mm?6.2mm的范围。
[0088]而且，对于上述试样49个可确认，Dp〈“从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t - Dp”的涡轮叶轮5(30/49个)没有产生破裂，特别是即使是切削深度Dp为3.0mm(4个)，板厚t为6mm(为进行0.5mm单位的测量，板厚t为5.5mm以上)的也不产生破裂。此夕卜，就板厚t而言，为进行0.5mm单位的测量，只要板厚t大于5.5mm(切削深度Dp的1.8培以上)即可，推定为不会产生破裂。
[0089]如上述，通过相对于扇径减小平衡切削最大径BCmax，平衡切削最大径BCmax的部分的板厚加厚，由此可以降低破裂产生风险，而且，由于切削深度Dp满足Dp <“从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t 一 Dp”的不等式，从而得到对于涡轮叶轮5而言不会产生破裂的见解。
[0090]因此，只要能够增大从BCmax位置的叶轮背面到轮毂表面的板厚t，就能够降低通过限制切削深度Dp而不能修正不平衡的风险，也理解为能够顺利地修正旋转平衡。
[0091](实施例2)
[0092]基于图4(A) (B)，在与现有技术比较的基础上说明本发明的实施例2。
[0093]图4(A)表示叶片40的流路出口侧的轮毂侧板厚t在涡轮叶轮背面侧减薄的状态，各部尺寸与上述实施例1相同。在这种结构的涡轮叶轮5中，自图4(B)可理解，如果减小划定上述叶片40的轮毂面的圆弧曲线的曲率半径R1，则从该涡轮叶轮5的背面侧朝向上述轮毂面50a弧状形成的扇部的R部大径化，如果R部大径化，则上述R部和轮毂面50a的连接点位置的扇形部30的板厚变厚。
[0094]在与现有技术比较的基础上具体说明本发明时，图4(A)是基于上述实施例1的尺寸的本实施例2的轴剖面图。
[0095]如根据本图所理解，如果将划定上述叶片40的轮毂面的圆弧曲线的曲率半径Rl设定为20mm，则从上述涡轮叶轮5的背面侧朝向上述轮毂面50a弧状形成的扇部的R部减小，上述R部和轮毂面50a的连接点位置的扇形部30的板厚为1mm，扇形部30的R/叶轮外径=2%，在这种形状中，以大致100%的概率产生破裂(试样:100个)如上述。
[0096]因此，本发明者发现，通过如图4(B)所示极力减小划定上述轮毂50的轮毂面50a的曲率半径R1，可以增大上述扇形部30的R部。(图4(B)的实施例中，半径为13mm)
[0097]S卩，具备:划定上述叶片40的轮毂侧的缘线的圆弧曲线Rl的轮毂面50a、和
[0098]从上述涡轮叶轮5背面侧朝向上述轮毂外径线Rl弧状形成的扇部的R部，
[0099]上述R部和轮毂面50a的连接点位置的扇形部30的板厚可以为切削深度Dp的1.8培以上，优选为2倍以上。
[0100]通过这样规定，如上述实施例1所示，可确认，即使切削深度Dp为3.0mm(4个)，板厚t为5.5?6mm的也不会产生破裂。
[0101]因此，根据本发明，
[0102]如果扇形部30的R小，则板厚减薄，因此，平衡切削时容易产生破裂，但通过增大扇形部30的R，板厚加厚，因此，可以降低破裂的风险。通过增大上述R，将叶轮背面的翼(叶片)间连结的圆的径减小，因此，能够以可确保背面的平衡切削幅的扇形部30的R部为最大的方式形成。此时的R部的厚度和叶轮背面的外径比可设定为4%以上，优选为7%以上，更优选为10?13%。
[0103]产业上的可利用性
[0104]如以上所记载，根据本发明，设于涡轮叶轮5背面的平衡修正部的划定位置清晰，即使大量生产也能够得到可均等地进行平衡切削或加厚的涡轮转子。
[0105]特别是在平衡修正为平衡切削的情况下，通过相对于扇径S减小平衡切削最大径BCmax，能够加厚平衡切削最大径的部分的板厚t，因此，可以降低破裂产生风险。
【主权项】
1.一种涡轮转子，其特征在于，设有: 涡轮叶轮，对钛铝合金进行精密铸造，在通过叶轮旋转轴心的轮毂的外周围沿周向设置多个叶片，并且将相邻的所有叶片间切开而形成弧形缺口状的扇形部； 转子轴，在该涡轮叶轮的轮毂背面侧，沿叶轮旋转轴线上固定设置； 旋转平衡修正部，由在涡轮叶轮的轮毂背面侧沿旋转的叶轮周向设置的平衡切削部或平衡加厚部的任一个或两个构成， 在所述平衡修正部的周向上所设置的区域，该周向区域的内缘侧(平衡切削最小径BCmin)比转子轴的叶轮安装侧的最大径大， 该周向区域的外缘侧(平衡切削最大径BCmax)比涡轮叶轮的扇径S小，且在“从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为1.75t ^ w”(w:周向区域(平衡切削)的半径方向幅度)的位置设定有所述区域。2.如权利要求1所述的涡轮转子，其中， 在涡轮叶轮背面的平衡修正部为平衡切削部的情况下，设定平衡切削部，以使平衡切削最大径BCmax位置的切削深度Dp为“Dp <"BCmax位置的从叶轮背面到轮毂表面的板厚t - Dp，，，，。3.如权利要求1所述的涡轮转子，具备具有沿轮毂面立设有多个而成的叶轮的涡轮叶轮，其特征在于，具备: 划定所述叶轮的轮毂侧的缘线的圆弧状形成的轮毂面、和 从所述涡轮叶轮背面侧朝向所述轮毂面弧状形成的扇形的R部， 所述R部和轮毂面的连接点位置在比平衡切削的最大径BCmax位置更靠外径侧， 且所述R部和轮毂面的连接点位置的扇形部的板厚t为切削深度Dp的1.8倍以上。4.如权利要求1或2所述的涡轮转子，其中， 通过包含立铣刀加工的机械加工来形成所述平衡切削部。5.如权利要求1所述的涡轮转子，其中， 形成所述平衡修正部的周向区域为圆弧区域。6.如权利要求1所述的涡轮转子，其中， 对所述平衡修正部进行平衡切削，并且在叶轮背面的翼根部加厚TiAl而形成。7.一种涡轮增压机，其特征在于， 具备权利要求1?6中任一项所述的涡轮转子。
【专利摘要】本发明的目的在于，提供一种涡轮转子及使用该涡轮转子的涡轮增压机，设于涡轮叶轮(5)背面的平衡修正部的划定位置清晰，即使大量生产也能够均等地进行平衡切削或加厚，该涡轮转子设有：涡轮叶轮(5)，对钛铝合金进行精密铸造，在通过叶轮旋转轴心的轮毂(50)的外周围沿周向设置多个叶片(40)，并且将相邻的所有叶片(40)间切开而形成弧形缺口状的扇形部(30)；转子轴(7)，在该涡轮叶轮的轮毂背面侧的、沿叶轮旋转轴线C－C上固定设置；平衡切削部(11)，在涡轮叶轮的轮毂背面侧沿旋转的叶轮周向设置，其中，所述平衡切削的最小径BCmin比转子轴的叶轮安装侧的最大径大，平衡切削最大径BCmax比涡轮叶轮的扇径S小，且在“从叶轮背面到轮毂表面的板厚t为1.75t≧w”(w：周向区域(平衡切削)的半径方向幅度)的位置设定所述区域。
【IPC分类】F02B39/00, F02B39/16
【公开号】CN104903561
【申请号】CN201380069358
【发明人】大坪瞳, 新井贵, 中川大志, 山口秀树, 吉田正和
【申请人】三菱重工业株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年2月22日
【公告号】WO2014128930A1
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