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JPH028838B2 - - Google Patents
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JPH028838B2 - - Google Patents

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JPH028838B2
JPH028838B2 JP14981781A JP14981781A JPH028838B2 JP H028838 B2 JPH028838 B2 JP H028838B2 JP 14981781 A JP14981781 A JP 14981781A JP 14981781 A JP14981781 A JP 14981781A JP H028838 B2 JPH028838 B2 JP H028838B2
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JP
Japan
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turbine wheel
turbine
center
turbine shaft
support plate
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JP14981781A
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JPS5850189A (en
Inventor
Nobusato Tsutsumi
Masaru Masaki
Tsugio Mizobe
Yoshiki Mori
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Toyota Industries Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
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Publication date
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Publication of JPH028838B2 publication Critical patent/JPH028838B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or work

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半径流型ターボチヤージヤあるいは
小型ガスタービンを構成するタービンホイールと
タービンシヤフトとを接合する方法およびその方
法を実施するための装置に関し、特にタービンホ
イールとタービンシヤフトとを摩擦圧接する方法
および装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of joining a turbine wheel and a turbine shaft constituting a radial turbocharger or a small gas turbine, and an apparatus for carrying out the method, and particularly relates to a method of joining a turbine wheel and a turbine shaft that constitute a radial turbocharger or a small gas turbine, and an apparatus for implementing the method. The present invention relates to a method and apparatus for friction welding.

エンジンの排気ガスのエネルギ回収のために用
いられている半径流型ターボチヤージヤあるいは
小型ガスタービンを構成しているタービンシヤフ
トアツセンブリは、通常、高温の排気ガスに晒ら
されるタービンホイールを、高価な耐熱合金を用
いてロストワツク法により精密鋳造するととも
に、得られた鋳造品を後工程で研磨加工すること
により造り、一方、タービンシヤフトを軸受特性
の良い鋼材で造り、そして上記のようにして造ら
れたタービンホイールとタービンシヤフトとを溶
接して一体化した構成とされている。
Turbine shaft assemblies, which make up radial turbochargers or small gas turbines used for energy recovery from engine exhaust gases, typically require an expensive Precision casting is performed using a heat-resistant alloy using the lost-work method, and the resulting cast product is polished in a subsequent process.The turbine shaft is also made of steel with good bearing characteristics, and is manufactured as described above. The turbine wheel and turbine shaft are integrally welded together.

ところで、前記タービンホイールとタービンシ
ヤフトとを接合する方法として、タービンホイー
ルとタービンシヤフトとの素材が前述したように
異なつていることから、摩擦圧接法が多用されて
おり、従来から行なわれているその具体的方法を
示せば以下の通りである。
By the way, as a method for joining the turbine wheel and the turbine shaft, since the materials of the turbine wheel and the turbine shaft are different as mentioned above, friction welding is often used, and the conventional method is the friction welding method. The specific method is as follows.

第1図ないし第3図はタービンホイル1とター
ビンシヤフト2との従来の接合方法の一例を説明
するためのものであつて、タービンホイール1は
その羽根3の外周部をチヤツク4で把持するとと
もに、接合時の推力を受けるための押棒5をター
ビンホイール1の先端面6に当接させ、さらに接
合時にタービンシヤフト2から受ける回転力によ
りタービンホイール1が回転しないようにするた
め、断面が角形をなすよう形成した先端部7にプ
レート8を嵌め合わせ、他方タービンシヤフト2
は他のチヤツク9により把持する。この状態でタ
ービンホイール1とタービンシヤフト2との少な
く一方を他方に対してチヤツク4,9と共に(タ
ービンホイール1を回転させる場合にはチヤツク
4および押棒5、プレート8と共に)相対的に回
転させ、かつタービンホイール1の背面中心部に
タービンシヤフト2の先端部を押し付け、もつて
両者を摩擦圧接する。
1 to 3 are for explaining an example of a conventional method of joining a turbine wheel 1 and a turbine shaft 2, in which the turbine wheel 1 is gripped by chucks 4 on the outer periphery of its blades 3, and , in order to bring the push rod 5 for receiving the thrust during joining into contact with the tip end surface 6 of the turbine wheel 1, and to prevent the turbine wheel 1 from rotating due to the rotational force received from the turbine shaft 2 during joining, the cross section has a rectangular shape. The plate 8 is fitted to the tip portion 7 formed so as to
is gripped by another chuck 9. In this state, at least one of the turbine wheel 1 and the turbine shaft 2 is rotated relative to the other together with the chucks 4 and 9 (in the case of rotating the turbine wheel 1, together with the chuck 4, the push rod 5, and the plate 8), Then, the tip of the turbine shaft 2 is pressed against the center of the back surface of the turbine wheel 1, thereby friction welding them together.

しかるに、上述した従来の方法では、前記各チ
ヤツク4,9が所期位置に設けられているので、
タービンホイール1とタービンシヤフト2とが規
定通り造られていれば、両者はチヤツク4,9に
よつて把持することにより同一軸線上に位置決め
されるものであるが、タービンホイール1はたと
え精密鋳造されたものであるといえども、鋳造時
の変形やワツクスからなる模型に基づいて鋳造用
鋳型のわずかな狂い等が原因となつて羽根3の真
円度が若干狂う場合があり、またタービンホイー
ル1の背面中心部すなわち圧接面10や先端面6
に中心軸線に対する直角度の狂いがある場合に
は、圧接時の推力がタービンホイール1を傾ける
力として作用することになるので、前記羽根3が
変形してタービンホイール1が傾いてしまう場合
があり、そのため前述した従来の接合方法では、
タービンホイール1とタービンシヤフト2とをそ
の中心軸線がずれた状態に接合してしまう場合が
あつた。このように同軸度に狂いを生じたタービ
ンシヤフトアツセンブリは、接合作業完了後に、
第4図に示すようにタービンの形状中心を出し易
いタービンホイール1の背面および中心ボス部1
1の外周面を基準としてタービンホイール1の先
端面6およびタービンシヤフト2の後端面に中心
穴12,13を形成し、これら中心穴12,13
を介して上記構成のタービンシヤフトアツセンブ
リを適宜の切削装置に取付け、その状態でタービ
ンシヤフト2を切削すれば、タービンホイール1
とタービンシヤフト2の同軸度を許容値以内にす
ることができると同時に、タービンホイール1の
背面側および中心ボス部11が、タービンホイー
ル1の全重量の大半を占めているのでイニシヤル
アンバランスをある程度少なくすることができ
る。しかしながら、前述した接合方法では、得ら
れたタービンシヤフトアツセンブリの同軸度の狂
いが比較的大きくなることがあるから、タービン
シヤフト2に予め十分な加工取代を設けておく必
要があるうえに、後工程としての切削加工に時間
を要し、かつ切削除去し切粉となる量が多いため
に材料歩留りが悪くなるなどの問題がある。
However, in the conventional method described above, since each of the chucks 4 and 9 is provided at the desired position,
If the turbine wheel 1 and the turbine shaft 2 are manufactured according to specifications, they will be positioned on the same axis by being gripped by the chucks 4 and 9. However, even if the turbine wheel 1 is precision cast, However, the roundness of the blade 3 may be slightly out of order due to deformation during casting or slight deviation of the casting mold based on the model made of wax, and the blade 3 may be slightly out of roundness. The center of the back surface, that is, the pressure contact surface 10 and the tip surface 6
If there is any deviation in perpendicularity to the central axis, the thrust during press-contact will act as a force to tilt the turbine wheel 1, which may cause the blades 3 to deform and the turbine wheel 1 to tilt. , Therefore, in the conventional joining method mentioned above,
There have been cases where the turbine wheel 1 and the turbine shaft 2 are joined with their central axes deviated from each other. Turbine shaft assemblies with misaligned coaxiality should be repaired after the joining work is completed.
As shown in FIG. 4, the back surface and center boss portion 1 of the turbine wheel 1 make it easy to locate the center of the turbine shape.
Center holes 12 and 13 are formed in the front end surface 6 of the turbine wheel 1 and the rear end surface of the turbine shaft 2 with reference to the outer peripheral surface of the turbine wheel 1.
If the turbine shaft assembly having the above configuration is attached to an appropriate cutting device via the
The coaxiality of the turbine shaft 2 and the turbine shaft 2 can be kept within the permissible value, and at the same time, the initial unbalance can be prevented since the back side and the center boss portion 11 of the turbine wheel 1 account for most of the total weight of the turbine wheel 1. It can be reduced to some extent. However, with the above-described joining method, the coaxiality of the resulting turbine shaft assembly may be relatively large, so it is necessary to provide sufficient machining allowance for the turbine shaft 2 in advance, and Cutting as a process takes time, and there are problems such as poor material yield due to the large amount of cutting chips that are removed.

また、前述した従来の接合方法では、接合時に
生じる同軸度の狂いを後工程の切削加工で修正し
得るとしても、タービンシヤフト2の先端面にタ
ービンホイール1からの熱伝達を低減するために
空洞(エアダムと称する)14を設けてある場合
には、回転軸線からのエアダム14のずれはその
まま残つてしまうので、タービンシヤフトアツセ
ンブリのイニシヤルアンバランスが非常に大きく
なる。このようなタービンシヤフトアツセンブリ
のアンバランスは、最終的には、タービンホイー
ル1の先端部7の近傍および背側面をアンバラン
ス分に応じて削り取ることにより修正するのが一
般的であるが、タービンホイール1は前述したよ
うに耐熱合金を素材としているために切削が極め
て困難であり、しかも切削すべき量が多く、結局
前述したようにして生じたイニシヤルアンバラン
スは完全には修正し切れない場合が生じるのが実
情である。
In addition, in the conventional joining method described above, even if the coaxiality error that occurs during joining can be corrected by cutting in the subsequent process, a cavity is formed on the tip surface of the turbine shaft 2 to reduce heat transfer from the turbine wheel 1. If an air dam 14 (referred to as an air dam) is provided, the deviation of the air dam 14 from the axis of rotation remains, resulting in a very large initial unbalance of the turbine shaft assembly. Generally, such unbalance of the turbine shaft assembly is finally corrected by scraping off the vicinity of the tip 7 and the back side of the turbine wheel 1 according to the unbalance. As mentioned above, since the wheel 1 is made of a heat-resistant alloy, it is extremely difficult to cut it, and there is a large amount of cutting to be done, and in the end, the initial imbalance that occurred as described above cannot be completely corrected. The reality is that cases arise.

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、接合後のタービンホイールとタービンシヤフ
トとの同軸度を向上させ、かつイニシヤルアンバ
ランスを極力低減することのできる接合方法およ
びその方法を実施するための装置を提供すること
を目的とするものである。
This invention has been made in view of the above circumstances, and provides a joining method and method that can improve coaxiality between a turbine wheel and a turbine shaft after joining and reduce initial unbalance as much as possible. The purpose is to provide a device for

すなわち、この発明の方法・装置は、タービン
ホイールを所期の位置に位置決めするにあたり、
タービンホイールの全重量のうち大半の重量を占
めかつ形状中心の比較的出し易い背面側を基準と
して位置決めを行なうようにしたことを特徴とす
るものである。そのためにこの発明では、タービ
ンホイールの背面および中心ボス部の外周面を基
準にして先端面に中心穴を形成しておき、背面も
しくは背面外周部を所定の支え板に接触させた状
態で前記中心穴を介してタービンホイールを支え
板に対して固定するようにしたのである。このよ
うにすれば、支え板および中心穴を介して押圧す
るための押圧部材のタービンシヤフトに対する相
対位置を予め所期通りに設定しておくことによ
り、タービンホイールをタービンシヤフトに対し
て同軸上に位置決めして固定することができ、し
たがつて接合後のタービンホイールとタービンシ
ヤフトとの同軸度を向上することができ、また位
置決めするにあたつて、タービンホイールの全重
量のうち大半を占める背面側もしくは中心ボス部
を基準とするから、換言すれば外形から決まる回
転中心が重量中心に可及的に一致するから、得ら
れるタービンシヤフトアツセンブリのイニシヤル
アンバランスを格段に小さくすることができる。
That is, the method and device of the present invention, when positioning the turbine wheel at the desired position,
The turbine wheel is characterized in that positioning is performed with reference to the back side, which accounts for most of the total weight of the turbine wheel and is relatively easy to pull out at the center of the shape. To this end, in the present invention, a center hole is formed in the front end surface with reference to the back surface of the turbine wheel and the outer circumferential surface of the central boss portion, and the center hole is The turbine wheel was fixed to the support plate through the hole. In this way, by setting in advance the relative position of the pressing member for pressing through the support plate and the center hole with respect to the turbine shaft, the turbine wheel can be positioned coaxially with respect to the turbine shaft. It is possible to position and fix the turbine wheel, thereby improving the coaxiality between the turbine wheel and the turbine shaft after joining. Since the side or center boss is used as a reference, in other words, the center of rotation determined from the outer shape coincides with the center of weight as much as possible, so the initial unbalance of the resulting turbine shaft assembly can be significantly reduced. .

以下この発明の実施例を第5図ないし第7図を
参照して説明する。まず、この発明の接合装置の
一実施例について説明すると、第5図はこの発明
に係る接合装置の横断平面図を示し、また第6図
はその縦断側面図を示しており、タービンホイー
ル1を固定するための基台20とタービンシヤフ
ト2を把持し回転させるためのチヤツク21とが
対向して配置されており、その基台20にはター
ビンホイール1を収容するための収容部22がチ
ヤツク21側に開口して形成されている。その収
容部22の前記チヤツク21に対向する壁部の中
心部に、チヤツク21に把持されたタービンシヤ
フト2と中心軸線が一致するよう貫通孔23が形
成され、その貫通孔23の基台20の背面側(第
5図および第6図では右側面)における開口端
に、油圧シリンダ24のピストンロツド25の先
端部が固着されている。さらに貫通孔23内にセ
ンターピン26が前記チヤツク21に把持された
タービンシヤフト2と中心軸線が一致するよう前
後動自在に挿入されるとともに、そのセンターピ
ン26と前記ピストンロツド25の先端面との間
にスプリング27が配置されている。そのセンタ
ーピン26の先端部は前記収容部22側に突出す
るとともに、その先端部に球体28が取付けられ
ており、したがつて前記センターピン26はその
球体28をタービンホイール1の先端面に形成し
た中心穴29に挿入した状態でタービンホイール
1を押圧するようになつている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 to 7. First, an embodiment of the welding apparatus of the present invention will be described. FIG. 5 shows a cross-sectional plan view of the welding apparatus according to the present invention, and FIG. 6 shows a longitudinal cross-sectional side view thereof, in which the turbine wheel 1 is A base 20 for fixing the turbine shaft 2 and a chuck 21 for gripping and rotating the turbine shaft 2 are arranged to face each other, and the base 20 has a housing section 22 for housing the turbine wheel 1 on the chuck 21. It is formed with an opening on the side. A through hole 23 is formed in the center of the wall of the accommodating portion 22 facing the chuck 21 so that its central axis coincides with the turbine shaft 2 held by the chuck 21. The tip of a piston rod 25 of the hydraulic cylinder 24 is fixed to the open end on the back side (the right side in FIGS. 5 and 6). Further, a center pin 26 is inserted into the through hole 23 so as to be movable back and forth so that its center axis coincides with the turbine shaft 2 held by the chuck 21, and between the center pin 26 and the tip end surface of the piston rod 25. A spring 27 is arranged at. The tip of the center pin 26 protrudes toward the accommodating portion 22 side, and a sphere 28 is attached to the tip. The turbine wheel 1 is pressed against the turbine wheel 1 while being inserted into the central hole 29 .

前記収容部22の前記チヤツク21に対向する
壁面には、受け座板30と回転止め部材としての
トルクプレート31とが順次積層され、かつボル
ト32によつて前記基台20に固定されている。
受け座板30は前記センターピン26の突出端を
貫通させるための孔と、トルクプレート31との
接触面に形成した球面受座33とを有するもので
あつて、その球面受座33に半球状軸受部材34
が配置され、この軸受部材34にタービンホイー
ル1の先端面6を面接触させることにより、接合
時にタービンホイール1に加わる推力を前記軸受
部材34および受け座板30を介して基台20で
受けるようになつている。なお、前記軸受部材3
4には、前記センターピン26の突出端を貫通さ
せるため、該突出端よりも大径の貫通孔が形成さ
れており、したがつて前軸受部材34はセンター
ピン26に干渉することなく、ある程度の範囲で
回動し得るようになつている。また、トルクプレ
ート31はその背面側すなわち受け座板30側の
中央部に前記軸受部材34の回動を許容するよう
凹部が形成されるとともに、第7図に示すよう
に、タービンホイール1の断面が角形をなす先端
部7を嵌め込む角形孔35が中心部に形成された
ものであつて、タービンホイール1の先端部7を
その角形孔35に嵌合させることにより、タービ
ンホイール1の回転を阻止するようになつてい
る。
A receiving seat plate 30 and a torque plate 31 serving as a rotation stopper are sequentially laminated on a wall surface of the accommodating portion 22 facing the chuck 21, and are fixed to the base 20 with bolts 32.
The catch plate 30 has a hole through which the protruding end of the center pin 26 passes, and a spherical catch 33 formed on the contact surface with the torque plate 31. Bearing member 34
is arranged, and by bringing the tip end surface 6 of the turbine wheel 1 into surface contact with the bearing member 34, the thrust force applied to the turbine wheel 1 during joining is received by the base 20 via the bearing member 34 and the receiving seat plate 30. It's getting old. Note that the bearing member 3
4 is formed with a through hole having a larger diameter than the projecting end in order to allow the projecting end of the center pin 26 to pass therethrough. Therefore, the front bearing member 34 can be moved to a certain extent without interfering with the center pin 26. It is designed to be able to rotate within a range of . Further, the torque plate 31 is formed with a recessed portion in the central portion on the rear side, that is, on the receiving seat plate 30 side, to allow rotation of the bearing member 34, and as shown in FIG. A rectangular hole 35 into which the tip 7 of the turbine wheel 1 is fitted is formed in the center, and by fitting the tip 7 of the turbine wheel 1 into the rectangular hole 35, the rotation of the turbine wheel 1 is controlled. It is designed to prevent it.

さらに、前記基台20とチヤツク21との間に
支え板36が、前記チヤツク21に把持されたタ
ービンシヤフト2および前記センターピン26の
中心軸線に直交するよう配置されている。この支
え板36は、タービンホイール1の背面(より正
確には中心ボス部11の背面)を当接させた状態
で、前記センターピン26との間にタービンホイ
ール1を固定させるものであつて、この支え板3
6は前記基台20を貫通して設けた複数本のロツ
ド37によつて前記油圧シリンダ24のフランジ
板38に連結されており、したがつて支え板36
は油圧シリンダ24を動作させることにより基台
20に対し接近・離隔するようになつている。な
お、前記支え板36には、タービンシヤフト2を
タービンホイール1の圧接面10に当接させるべ
く挿通孔39が形成されている。
Furthermore, a support plate 36 is disposed between the base 20 and the chuck 21 so as to be perpendicular to the central axes of the turbine shaft 2 held by the chuck 21 and the center pin 26. This support plate 36 fixes the turbine wheel 1 between it and the center pin 26 in a state where the back surface of the turbine wheel 1 (more precisely, the back surface of the center boss portion 11) is in contact with the support plate 36. This support plate 3
6 is connected to the flange plate 38 of the hydraulic cylinder 24 by a plurality of rods 37 provided through the base 20, and therefore the support plate 36
is adapted to move toward and away from the base 20 by operating a hydraulic cylinder 24. Note that an insertion hole 39 is formed in the support plate 36 to allow the turbine shaft 2 to come into contact with the pressure contact surface 10 of the turbine wheel 1 .

つぎに上記のように構成された接合装置の動作
すなわちこの発明の接合方法について説明する。
Next, the operation of the bonding apparatus configured as described above, that is, the bonding method of the present invention will be explained.

まず、精密鋳造されかつ研磨加工が施されたタ
ービンホイール1の先端面6に、そのタービンホ
イール1の背面および中心ボス部11の外周面を
基準にして中心穴29を形成しておく。他方、油
圧シリンダ24を動作させて基台20に対して油
圧シリンダ24を接近させることにより、その油
圧シリンダ24にロツド37によつて連結された
前記支え板36を基台20からある程度離隔させ
ておく。そして前記タービンホイール1を前記収
容部22に挿入し、その先端面6に形成した中心
穴29に前記センターピン26の先端部に取付け
た球体28を差し込むとともに、タービンホイー
ル1の先端部7をトルクプレート31の角形孔3
5に挿入し、しかる後油圧シリンダ24を前記の
場合とは逆に動作させることにより支え板36を
基台20に接近させて、タービンホイール1の背
面を支え板36に当接させ、さらにタービンホイ
ール1の先端面6が前記軸受部材34に当接する
までタービンホイール1を押圧する。このように
すれば、センターピン26とピストンロツド25
の先端面との間に配置したスプリング27が圧縮
されるので、タービンホイール1はそのスプリン
グ27の弾性力によりセンターピン26と支え板
36との間に挾持・固定される。この場合、前記
中心穴29がタービンホイール1の背面および中
心ボス部11の外周面を基準として形成され、か
つその中心穴29を介してタービンホイール1を
その背面が支え板36に当接した状態に押圧・固
定するのであるから、タービンホイール1の背面
側および中心ボス部11がタービンホイール1の
全重量のうち大半を占めているために、タービン
ホイール1は実質上その重量中心軸をタービンシ
ヤフト2の中心軸に一致させた状態で位置決めさ
れる。
First, a center hole 29 is formed in the distal end surface 6 of the turbine wheel 1, which has been precision cast and polished, with reference to the back surface of the turbine wheel 1 and the outer peripheral surface of the central boss portion 11. On the other hand, by operating the hydraulic cylinder 24 and bringing it closer to the base 20, the support plate 36 connected to the hydraulic cylinder 24 by the rod 37 is separated from the base 20 to some extent. put. Then, the turbine wheel 1 is inserted into the accommodating portion 22, and the ball 28 attached to the tip of the center pin 26 is inserted into the center hole 29 formed in the tip surface 6, and the tip 7 of the turbine wheel 1 is applied with torque. Square hole 3 of plate 31
Then, by operating the hydraulic cylinder 24 in the opposite direction to the above case, the support plate 36 is brought closer to the base 20, the back surface of the turbine wheel 1 is brought into contact with the support plate 36, and the turbine wheel 1 is then inserted into the support plate 36. The turbine wheel 1 is pressed until the front end surface 6 of the wheel 1 comes into contact with the bearing member 34 . In this way, the center pin 26 and piston rod 25
Since the spring 27 disposed between the center pin 26 and the front end surface of the turbine wheel 1 is compressed, the turbine wheel 1 is held and fixed between the center pin 26 and the support plate 36 by the elastic force of the spring 27. In this case, the center hole 29 is formed based on the back surface of the turbine wheel 1 and the outer circumferential surface of the center boss portion 11, and the back surface of the turbine wheel 1 is in contact with the support plate 36 through the center hole 29. Since the back side and center boss portion 11 of the turbine wheel 1 account for the majority of the total weight of the turbine wheel 1, the turbine wheel 1 substantially has its center of weight attached to the turbine shaft. It is positioned so that it is aligned with the central axis of No. 2.

タービンホイール1を上述のように位置決め・
固定した後、タービンシヤフト2をチヤツク21
と共に回転させつつその先端部をタービンホイー
ル1の圧接面10に押し付けることにより、ター
ビンシヤフト2がタービンホイール1に対して摩
擦圧接される。この場合、タービンホイール1に
加わる推力は前記半球状軸受部材34を介して受
け座板30で受けることになるが、その軸受部材
34は球面受座33に接触し、回動自在となつて
いるから、タービンホイール1の先端面6が中心
軸線に対し正確に垂直となつていずに若干傾斜し
ていたとしても、軸受部材34がタービンホイー
ル1の先端面6の傾斜に対応して回動し、その結
果タービンホイール1を傾けるように作用する力
が生じることはなく、したがつてタービンホイー
ル1とタービンシヤフト2とが各々の中心軸線を
一致させて位置決めされていることと相まつて、
両者は所謂芯ずれを起こすことなく、正確に接合
される。なお、タービンホイール1はその先端部
7を嵌合させたトルクプレート31により摩擦圧
接時における回転を阻止されることは言うまでも
ない。
Position the turbine wheel 1 as described above.
After fixing, tighten the turbine shaft 2 with the chuck 21.
The turbine shaft 2 is frictionally welded to the turbine wheel 1 by pressing its tip against the pressure contact surface 10 of the turbine wheel 1 while rotating the turbine shaft 2 at the same time. In this case, the thrust force applied to the turbine wheel 1 is received by the receiving seat plate 30 via the hemispherical bearing member 34, but the bearing member 34 contacts the spherical receiving seat 33 and is rotatable. Therefore, even if the tip surface 6 of the turbine wheel 1 is not exactly perpendicular to the central axis but is slightly inclined, the bearing member 34 will rotate in response to the inclination of the tip surface 6 of the turbine wheel 1. As a result, no force is generated that acts to tilt the turbine wheel 1, and thus, together with the fact that the turbine wheel 1 and the turbine shaft 2 are positioned with their respective central axes coincident,
Both are accurately joined without causing so-called misalignment. It goes without saying that the turbine wheel 1 is prevented from rotating during friction welding by the torque plate 31 to which the tip end 7 of the turbine wheel 1 is fitted.

以上のようにしてタービンホイール1とタービ
ンシヤフト2とを接合した後、前記油圧シリンダ
24を動作させて油圧シリンダ24と基台20と
を相対的に接近させれば、それに伴つて前記支え
板36が基台20から離隔するので、タービンホ
イール1の挾持・固定が解除され、タービンホイ
ール1をタービンシヤフト2と共に、すなわちタ
ービンシヤフトアツセンブリを上記接合装置から
取外すことができる。
After joining the turbine wheel 1 and the turbine shaft 2 as described above, if the hydraulic cylinder 24 is operated to bring the hydraulic cylinder 24 and the base 20 relatively close together, the supporting plate 36 is separated from the base 20, the clamping and fixation of the turbine wheel 1 is released, and the turbine wheel 1 and the turbine shaft 2, that is, the turbine shaft assembly can be removed from the joining device.

このようにして得られたタービンシヤフトアツ
センブリは、タービンホイール1とタービンシヤ
フト2との同軸度に殆んど狂いがなく、しかもタ
ービンホイール1をその背面および中心ボス部1
1を基準として位置決めしたので、換言すればタ
ービンホイール1を実質上重量中心を基準として
位置決めしたので、イニシヤルアンバランスが極
めて少なくなる。
The turbine shaft assembly obtained in this way has almost no deviation in coaxiality between the turbine wheel 1 and the turbine shaft 2, and furthermore, the turbine wheel 1 is connected to the back surface and the center boss portion 1 of the turbine wheel 1.
1 as a reference, in other words, the turbine wheel 1 is positioned substantially with the center of gravity as a reference, so that the initial unbalance is extremely small.

なお、上記実施例の装置では、球面受座33を
受け座板30に形成し、その受け座板30を基台
20に固着した構成としたが、これに替え球面受
座33を基台20に直接形成した構成としてもよ
く、またセンターピン26の先端部に球体28を
取付ける替わりに、センターピン26の先端部を
球面としてもよい。またこの発明では、タービン
ホイール1をタービンシヤフト2に対して位置決
め・固定する場合、タービンホイール1の背面を
支え板に当接させることに替え、タービンホイー
ル1の中心ボス部11の背面側外周部を適宜の支
え板で把持し、同時に中心穴29に嵌め合わせた
センターピン26で押圧してもよく、このような
方式でも前述した実施例におけると同様に、ター
ビンホイール1の重心を回転中心に一致させた状
態で位置決め・固定することができる。
In the device of the above embodiment, the spherical catch 33 is formed on the catch plate 30, and the catch plate 30 is fixed to the base 20, but instead of this, the spherical catch 33 is attached to the base 20. Alternatively, instead of attaching the sphere 28 to the tip of the center pin 26, the tip of the center pin 26 may be made spherical. Further, in this invention, when positioning and fixing the turbine wheel 1 with respect to the turbine shaft 2, instead of bringing the back surface of the turbine wheel 1 into contact with the support plate, the outer periphery on the back side of the central boss portion 11 of the turbine wheel 1 The turbine wheel 1 may be held by a suitable support plate and simultaneously pressed by a center pin 26 fitted into the center hole 29. Even in this method, the center of gravity of the turbine wheel 1 can be centered around the rotation center as in the embodiment described above. They can be positioned and fixed in a matched state.

以上の説明から明らかなようにこの発明の接合
方法によれば、タービンホイールの背面中心部に
タービンシヤフトを摩擦圧接により接合するにあ
たり、タービンホイールの先端面に、背面および
中心ボス部外周面を基準にして中心穴を形成して
おき、タービンホイールの背面を支え板に接触さ
せた状態で前記中心穴を介してタービンホイール
を支え板に対して押圧することによりタービンホ
イールを固定するようにしたから、タービンホイ
ールの背面側および中心ボス部が全重量の大半を
占めるためにタービンホイールを実質上重量中心
がタービンシヤフトの中心軸線に一致するよう位
置決めすることができ、したがつてタービンホイ
ールとタービンシヤフトとの同軸度を向上させる
ことができると同時に、得られたタービンシヤフ
トアツセンブリのイニシヤルアンバランスを低減
することができる。また、この発明の接合装置に
よれば、タービンホイールの背面および中心ボス
部外周面を基準としてタービンホイールの先端面
に形成した中心穴を介してタービンホイールを押
圧するようタービンシヤフトと同軸上に配置した
センターピンと、タービンホイールの背面を接触
させる支え板とを有し、センターピンと支え板と
でタービンホイールを挾持・固定するようにした
から、タービンホイールを実質上その重量中心を
タービンシヤフトの中心軸線に一致させた状態に
位置決めすることができ、これに加えタービンホ
イールの先端面に面接触する半球状軸受部材と、
その軸受部材を回動自在に支える球面受座とを設
けたから、たとえタービンホイールの先端面が中
心軸線に対して垂直となつていずに若干傾斜して
いても、摩擦圧接時の推力によつてタービンホイ
ールが傾くことはなく、したがつて接合開始当初
に設定した同軸度を保つたままタービンホイール
とタービンシヤフトとを接合することができ、そ
の結果得られたタービンシヤフトアツセンブリの
イニシヤルアンバランスを従来になく低減するこ
とができる。さらに、この発明の接合方法・装置
によれば、タービンホイールとタービンシヤフト
とを接合することにより得られたタービンシヤフ
トアツセンブリのイニシヤルアンバランスを低減
することができるので、後工程の修正作業が極め
て簡単になり、またタービンシヤフトに予め設け
ておく加工取代を少なくし、タービンシヤフト素
材を細径することができる等の副次的効果があ
る。
As is clear from the above description, according to the joining method of the present invention, when joining the turbine shaft to the center of the back surface of the turbine wheel by friction welding, the front end surface of the turbine wheel is connected to the back surface and the outer circumferential surface of the center boss part as a reference. The turbine wheel is fixed by forming a center hole and pressing the turbine wheel against the support plate through the center hole with the back surface of the turbine wheel in contact with the support plate. , since the rear side and central boss portion of the turbine wheel account for most of the total weight, the turbine wheel can be positioned so that its center of weight substantially coincides with the central axis of the turbine shaft, and therefore the turbine wheel and the turbine shaft It is possible to improve the coaxiality with the turbine shaft assembly, and at the same time, it is possible to reduce the initial unbalance of the resulting turbine shaft assembly. Further, according to the welding device of the present invention, the welding device is arranged coaxially with the turbine shaft so as to press the turbine wheel through the center hole formed in the front end surface of the turbine wheel with reference to the back surface of the turbine wheel and the outer peripheral surface of the center boss portion. Since the turbine wheel is provided with a center pin and a support plate that makes contact with the back surface of the turbine wheel, and the turbine wheel is held and fixed between the center pin and the support plate, the center of weight of the turbine wheel is substantially aligned with the center axis of the turbine shaft. a hemispherical bearing member that is in surface contact with the tip surface of the turbine wheel;
Since a spherical seat that rotatably supports the bearing member is provided, even if the tip surface of the turbine wheel is not perpendicular to the center axis but is slightly inclined, the thrust during friction welding will The turbine wheel does not tilt, so the turbine wheel and turbine shaft can be joined while maintaining the coaxiality that was set at the beginning of joining, and the initial unbalance of the resulting turbine shaft assembly is reduced. can be reduced to an unprecedented degree. Further, according to the joining method and apparatus of the present invention, it is possible to reduce the initial unbalance of the turbine shaft assembly obtained by joining the turbine wheel and the turbine shaft, so that correction work in the subsequent process can be reduced. It is extremely simple, and has secondary effects such as reducing machining allowance provided in advance on the turbine shaft and making it possible to reduce the diameter of the turbine shaft material.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図ないし第3図は従来の接合方法を説明す
るためのものであつて、第1図はタービンホイー
ルとタービンシヤフトとの各々をチヤツクで把持
した状態を示す断面図、第2図は把持箇所を示す
ためのタービンホイールの正面図、第3図は同上
面図、第4図はタービンシヤフトアツセンブリの
センタリング方法を示す断面図、第5図はこの発
明の接合装置の一実施例を示す横断面図、第6図
は同縦断面図、第7図はトルクプレートを示す正
面図である。 1…タービンホイール、2…タービンシヤフ
ト、6…(タービンホイールの)先端面、7…
(タービンホイールの)先端部、10…(タービ
ンホイールの)圧接面、11…中心ボス部、26
…センターピン、29…中心穴、31…トルクプ
レート、33…球面受座、34…半球状軸受部
材、36…支え板。
Figures 1 to 3 are for explaining the conventional joining method, in which Figure 1 is a sectional view showing a state in which the turbine wheel and the turbine shaft are each gripped by a chuck, and Figure 2 is a sectional view showing the gripping FIG. 3 is a front view of the turbine wheel to show locations, FIG. 3 is a top view of the same, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for centering the turbine shaft assembly, and FIG. 5 is an embodiment of the joining device of the present invention. 6 is a longitudinal sectional view of the same, and FIG. 7 is a front view showing the torque plate. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Turbine wheel, 2... Turbine shaft, 6... (Turbine wheel) tip surface, 7...
Tip part (of the turbine wheel), 10... Pressure contact surface (of the turbine wheel), 11... Center boss part, 26
... Center pin, 29 ... Center hole, 31 ... Torque plate, 33 ... Spherical bearing seat, 34 ... Hemispherical bearing member, 36 ... Support plate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 タービンホイールの背面中心部にタービンシ
ヤフトを摩擦圧接するにあたり、タービンホイー
ルの先端面にタービンホイールの中心ボス部背面
およびその中心ボス部の外周面を基準にして中心
穴を形成しておき、前記中心ボス部の背面を支え
板に当接させ、もしくは中心ボス部の背面外周部
を支え板で把持するとともに前記中心穴を介して
タービンホイールを前記支え板に向けて押圧する
ことにより、タービンホイールをタービンシヤフ
トに対して同軸上に位置決め・固定し、この状態
でタービンホイールとタービンシヤフトとの少な
くとも一方を回転させつつ両者を加圧接触させる
ことにより接合することを特徴とするタービンホ
イールとタービンシヤフトとの接合方法。 2 タービンホイールとタービンシヤフトとを同
軸上に位置決めするとともに、タービンホイール
とタービンシヤフトとの少なくとも一方を回転さ
せることによりタービンホイールの背面中心部に
タービンシヤフトを摩擦圧接するようにした接合
装置において、前記タービンホイールをその背面
もしくは背面外周部を接触させて支えるとともに
タービンシヤフト挿通孔を有する支え板と、ター
ビンホイールの背面および中心ボス部の背面側外
周面を基準にしてタービンホイールの先端面に形
成された中心穴を介してタービンホイールを前記
支え板に対して固定するよう前記タービンシヤフ
トと同軸上に配置されたセンターピンと、前記タ
ービンホイールの先端面に面接触するよう配置さ
れた半球状軸受部材と、その半球状軸受部材を回
動自在に支える球面受座と、前記支え板と前記セ
ンターピンとの間に固定されたタービンホイール
の回転を阻止する回転止め部材とを具備してなる
ことを特徴とするタービンホイールとタービンシ
ヤフトとの接合装置。
[Claims] 1. When friction welding the turbine shaft to the center of the back surface of the turbine wheel, a center hole is formed in the tip surface of the turbine wheel with reference to the back surface of the center boss portion of the turbine wheel and the outer peripheral surface of the center boss portion. The turbine wheel is pressed toward the support plate through the center hole while the back surface of the center boss portion is brought into contact with the support plate, or the outer periphery of the back surface of the center boss portion is gripped by the support plate. By doing so, the turbine wheel is positioned and fixed coaxially with respect to the turbine shaft, and in this state, at least one of the turbine wheel and the turbine shaft is rotated and the two are brought into pressurized contact to be joined. A method for joining a turbine wheel and a turbine shaft. 2. A welding device in which a turbine wheel and a turbine shaft are positioned coaxially and at least one of the turbine wheel and the turbine shaft is rotated to frictionally weld the turbine shaft to the center of the back surface of the turbine wheel. A support plate that supports the turbine wheel with its back surface or the outer circumference of the back surface in contact and has a turbine shaft insertion hole; a center pin disposed coaxially with the turbine shaft so as to fix the turbine wheel to the support plate through a center hole; and a hemispherical bearing member disposed so as to be in surface contact with a tip end surface of the turbine wheel. , comprising a spherical seat that rotatably supports the hemispherical bearing member, and a rotation stopping member that prevents rotation of the turbine wheel fixed between the support plate and the center pin. A device for joining the turbine wheel and turbine shaft.
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