渦輪增壓器精密零件自動裝配研究

莊力寅，徐寶富

摘? 要：作為節能減排的有效手段，渦輪增壓技術對于現代工業和環境體系的影響越來越廣泛，其生產制造技術也越來越被人們所關注。從精度和結構特點來看，渦輪增壓器核心精密零件的自動裝配存在一定難度。本文通過剖析增壓器內部結構，說明裝配難點存在位置，并對渦輪增壓器各精密零件自動裝配設計原理及實現過程加以闡述、說明。同時從靜態驗證和動態驗證兩個方面驗證核心渦輪增壓器核心精密零件自動裝配的可行性。

關鍵詞：自動裝配設計;渦輪增壓器;精密零件;質量評估

中圖分類號：U461? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2021）05-0106-05

Study on Automatic Assembly of Turbocharger Precision Components

ZHUANG Li-yin， XU Bao-fu

（School of Mechanical Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China）

Abstract： As an effective means of energy saving and emission reduction， turbo technologys influence for modern industry and environment system is wider. Its manufacturing technology is getting more and more attention from people. In terms of precision and structure， it is difficult to assemble the core precision parts of turbocharger automatically. By analyzing the internal structure of turbocharger， this paper explains the difficulties of assembly process and describes the design principle and realization process of automatic assembly of turbochargers precision parts. The feasibility of automatic assembly of core precision parts of the core turbocharger is verified from two aspects of static verification and dynamic verification.

1? ? 導言

1975年，渦輪增壓器在保時捷上首次應用，并在之后的數十年中被各主機應用于各小型車輛中。在卡車領域、農用機械領域，其應用也越來越廣泛[1]。

渦輪增壓的興起與日趨嚴苛的環保法規有直接的關系。目前汽車企業所采用的傳統節能減排技術主要包括輕量化、渦輪增壓、缸內直噴、啟停系統等。從目前來看，渦輪增壓技術是最為有效的技術之一。從圖1中可以很直觀的看到其優勢。

渦輪增壓器利用發動機排出的廢氣來驅動渦輪，并不消耗發動機本身的輸出功率[3]，其彌補了自然吸氣式發動機的先天不足，使發動機在不改變排氣量的情況下可以提高輸出功率30%以上[2]。

渦輪增壓器高速發展，可以說機遇與挑戰并存，如何提升渦輪增壓器的性能、確保其一致性、延長其壽命是我們不得不研究的課題。渦輪增壓器連接到發動機的排氣歧管[4]，排出的廢氣推動渦輪，其工作轉速高達十幾萬，甚至二十幾萬轉，同時渦端的工作溫度在1000度左右[5]。這無疑對渦輪增壓器核心轉子帶來巨大的考驗。這里所說的核心轉子即是我們此次所研究的對象，即渦輪部件、浮動軸承、隔套、活塞環、軸封等。在這些精密零件高速旋轉時，自發動機主油道來的機油充滿軸承與渦輪軸之間的間隙及軸承與殼體之間的間隙，使軸承在內外層油膜間隨渦輪軸同向旋轉，隨后經回油管回到油底殼[6]。

2? ? 增壓器精密零件自動裝配設計

2.1? ?軸封、活塞環自動壓裝設計

從圖2中我們可以看到兩個活塞環與軸封的裝配關系。主要難點還是在于活塞環的內徑比軸封的外徑小，要將活塞環裝入必須使用特制的工裝，要將活塞環外撐之后壓入軸封的槽內。同時此結構又是雙環結構，所以涉及到兩種不同內部高度的裝配導向套。

圖3中兩種類型裝配導向套分別對應軸封的上層活塞環槽與下層活塞環槽。

裝配活塞環的壓裝過程如圖4所示。壓裝機構沿裝配導向套向下移動，通過裝配導向套與限位機構配合，將活塞環準確裝入軸封的活塞環槽中。

軸封和活塞環的自動裝配過程涉及軸封送料、轉運，活塞環送料、轉運，上下兩層活塞環的壓裝以及裝配導向套的自動放置等動作，具體流程如下圖所示：

下圖展示了活塞環與軸封裝配主體機構及配套機構，包括軸封送料機構及轉運機構，活塞環送料機構，活塞環壓裝機構等。

2.2? ?渦輪部件、浮動軸承、隔套自動裝配設計

渦輪部件、浮動軸承、隔套自動裝配的難點還是在于裝配精準度的控制，浮動軸承和渦輪軸的雙邊間隙只有0.02mm左右，這對機械手的夾持精度、移動精度都是一個挑戰。此部分涉及自動裝配的精密零件如下圖所示。

浮動軸承、隔套與渦輪部件的自動裝配過程涉及浮動軸承送料、轉運，隔套送料、轉運以及浮動軸承、隔套的裝配，具體流程如下圖所示。