CN107939512B - 用于发动机的从动涡轮增压机、行星式牵引驱动器及在其中提供夹持力的方法 - Google Patents

用于发动机的从动涡轮增压机、行星式牵引驱动器及在其中提供夹持力的方法 Download PDF

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Abstract

本申请案涉及一种用于发动机的从动涡轮增压机、行星式牵引驱动器及在行星式牵引驱动器中提供夹持力的方法。本发明揭示一种用于从动涡轮增压机的行星式牵引驱动器，所述行星式牵引驱动器利用角接触滚珠斜坡来取决于扭矩通过量而提供可变夹持。所述滚珠斜坡位于环形辊与环形齿轮之间，且用于使所述环形齿轮与所述环形辊同心地定位。所述滚珠斜坡的成角度接触轴线允许在所述滚珠斜坡中使用滚珠与滚珠座圈之间的低适形度接触来提供高效移动，同时使环形齿轮与牵引环同心地定位。

Description

用于发动机的从动涡轮增压机、行星式牵引驱动器及在其中 提供夹持力的方法
技术领域
本申请案涉及一种从动涡轮增压机，且更特定来说涉及一种用于发动机的从动涡轮增压机、行星式牵引驱动器及在行星式牵引驱动器中提供夹持力的方法。
背景技术
从动涡轮增压机是对正常涡轮增压机的改善，这是因为从动涡轮增压机(超级涡轮增压机)不仅仅是由排气涡轮提供动力，这减小升压发动机中的蜗轮滞后。从动涡轮增压机还可将多余涡轮功率引导回到发动机以增加发动机效率。
发明内容
本发明的实施例可因此包括一种用于发动机的从动涡轮增压机，其包括：涡轮轴；压缩机，其连接到所述涡轮轴上的第一位置；涡轮，其连接到所述涡轮轴上的第二位置；行星式牵引驱动器，其与所述涡轮轴介接以向及从所述涡轮轴传输功率，所述行星式牵引驱动器包括：多个行星辊，其与所述涡轮轴介接；第一环形辊及第二环形辊，其与所述多个行星辊上的倾斜牵引表面介接；居中定位的环形齿轮，其通过第一角接触滚珠斜坡及第二角接触滚珠斜坡与所述第一环形辊及所述第二环形辊介接，使得当通过所述环形齿轮的扭矩增加时所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡增加所述行星式牵引驱动器中的夹持力，其中所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡由具有成角度接触轴线的滚珠座圈中的多个滚珠构成且经定形状以具有所述滚珠在所述滚珠座圈中的低适形度以提供所述滚珠在所述滚珠座圈中的高效率移动，且所述成角度接触轴线使所述环形齿轮与所述第一环形辊及所述第二环形辊同心地定位；传送齿轮，其与所述环形齿轮啮合，通过传动装置向及从所述发动机传送功率。
本发明的实施例可因此进一步包括一种在行星式牵引驱动器中提供夹持力的方法，其包括：提供太阳轴；使多个行星辊与所述太阳轴介接；通过所述多个行星辊上的倾斜牵引表面使第一环形辊及第二环形辊与所述多个行星辊介接；提供居中定位于所述第一环形辊与所述第二环形辊之间的环形齿轮；通过第一角接触滚珠斜坡将所述环形齿轮耦合到所述第一环形辊且通过第二角接触滚珠斜坡将所述环形齿轮耦合到所述第二环形辊，使得当通过所述环形齿轮的扭矩增加时所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡增加所述行星式牵引驱动器中的夹持力，其中所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡由具有成角度接触轴线的滚珠座圈中的多个滚珠构成且经定形状以具有所述滚珠在所述滚珠座圈中的低适形度以提供所述滚珠在所述滚珠座圈中的高效率移动，且所述成角度接触轴线使所述环形齿轮与所述第一环形辊及所述第二环形辊同心地定位。
本发明的实施例可因此进一步包括一种行星式牵引驱动器，其包括：太阳轴；多个行星辊，其与所述太阳轴介接；第一环形辊及第二环形辊，其与所述多个行星辊上的倾斜牵引表面介接；居中定位的环形齿轮，其通过第一角接触滚珠斜坡及第二角接触滚珠斜坡与所述第一环形辊及所述第二环形辊介接，使得当通过所述环形齿轮的扭矩增加时所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡增加所述行星式牵引驱动器中的夹持力，其中所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡由具有成角度接触轴线的滚珠座圈中的多个滚珠构成且经定形状以具有所述滚珠在所述滚珠座圈中的低适形度以提供所述滚珠在所述滚珠座圈中的高效率移动，且所述成角度接触轴线使所述环形齿轮与所述第一环形辊及所述第二环形辊同心地定位。
附图说明
图1是具有行星式牵引驱动器的从动涡轮增压机的等轴视图。
图2是具有角接触滚珠斜坡的行星式牵引驱动器的实施例的横截面。
图3是角接触滚珠斜坡及非角接触滚珠斜坡的轴向力对所施加扭矩的曲线图。
图4是用于图2的行星式牵引驱动器的环形组合件的实施例的放大横截面。
图5是用于图2的行星式牵引驱动器的环形组合件的实施例的分解图。
具体实施方式
图1是具有行星式牵引驱动器102的从动涡轮增压机100的等轴视图。涡轮轴104连接到压缩机106及涡轮108。行星式牵引驱动器102与涡轮轴104介接以向及从涡轮轴104传输功率。行星式牵引驱动器102由以下各项组成：与涡轮轴104介接的多个行星辊110、与行星辊110上的倾斜牵引表面116介接的第一环形辊112及第二环形辊114以及环形齿轮118。环形齿轮118与传送齿轮120啮合，传送齿轮120又耦合到传动装置122。传动装置122在发动机124与行星式牵引驱动器102之间传输功率。环形齿轮118通过第一角接触滚珠斜坡126及第二角接触滚珠斜坡128与第一环形辊112及第二环形辊114介接。当向环形齿轮118施加扭矩时，第一角接触滚珠斜坡126及第二角接触滚珠斜坡128推动第一环形辊112及第二环形辊114远离环形齿轮118。这继而增加行星辊110的倾斜牵引表面116上的法向力，且增加行星式牵引驱动器102中的夹持力。经增加夹持力以经增加扭矩通过量水平增加行星式牵引驱动器102的扭矩能力，使得行星式牵引驱动器102的效率及寿命特性得以改善。在高扭矩传动操作期间，第一角接触滚珠斜坡126及第二角接触滚珠斜坡128在行星式牵引驱动器102中提供高夹持力水平以防止滑动，且在低扭矩传动操作期间，第一角接触滚珠斜坡126及第二角接触滚珠斜坡128放松行星式牵引驱动器102中的夹持力以改善行星式牵引驱动器102的寿命及效率。
从动涡轮增压机100的操作如以下美国专利中所教示：标题为“具有高速牵引驱动器及连续可变传动装置的超级涡轮增压机(Super-Turbocharger Having a High SpeedTraction Drive and a Continuously Variable Transmission)”的2013年10月22日发布的美国专利8,561,403、标题为“高扭矩牵引驱动器(High Torque Traction Drive)”的2014年3月11日发布的美国专利8,668,614、标题为“对称牵引驱动器(SymmetricalTraction Drive)”的2013年12月17日发布的美国专利8,608,609及标题为“推力吸收行星式牵引驱动器超级涡轮(Thrust Absorbing Planetary Traction Drive Superturbo)”的2017年6月6日发布的美国专利9,670,832。美国专利8,561,403、8,668,614、8,608,609及9,670,832出于其揭示及教示的所有目的而特别以引用的方式并入本文中。
图2是具有角接触滚珠斜坡226、228的行星式牵引驱动器200的实施例的横截面。当向环形齿轮218施加扭矩时，第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228推动第一环形辊212及第二环形辊214远离环形齿轮218，这增加行星辊210的倾斜牵引表面216上的法向力，从而为行星式牵引驱动器200提供经增加夹持力以增加其扭矩能力。行星辊210与太阳轴204之间的法向力也得以增加。太阳轴204对应于图1中的涡轮轴104。第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228的滚珠座圈230在两个方向上倾斜，使得其随通过行星式牵引驱动器200在任一方向上的扭矩而操作。环形齿轮218与传送齿轮220啮合以向及从行星式牵引驱动器200传输功率。环形齿轮218完全穿过第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228定位，且不具有额外支撑轴承，因此第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228使环形齿轮218维持与第一环形辊212及第二环形辊214同心是必要的，这既是为了环形齿轮218能够平衡旋转也是为了维持环形齿轮218与传送齿轮220的恰当啮合。第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228由位于多个滚珠座圈230中的多个滚珠234构成。第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228在滚珠234与滚珠座圈230接触之处的接触轴线232是成角度的，具有在轴向及径向两个方向上的分量。这将环形齿轮218拘限于恰当同心位置(即使在滚珠234与滚珠座圈230之间存在点接触的情况下也如此)，这允许滚珠234与滚珠座圈230之间的低适形度，其中滚珠座圈230的曲率半径大于滚珠234的半径。此低适形度对于第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228是有益的，这是因为其减小滚珠234在滚珠座圈230中的滚动摩擦，从而增加第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228的效率且提供行星式牵引驱动器200的较线性夹持。如果接触轴线232并非成角度的且仅存在于轴向方向上，那么为了将环形齿轮218固持为与第一环形辊212及第二环形辊214同心，滚珠234在滚珠座圈230中的非常高的适形度将是必要的，这将增加摩擦、降低效率且增加滚珠斜坡中的磨损。另外，滚珠234在滚珠座圈230中的低适形度允许滚珠234具有一直径范围，同时仍为第一角接触滚珠斜坡226及第二角接触滚珠斜坡228提供恰当功能。滚珠234的直径可经调整以补偿行星式牵引驱动器200中的部件的容限范围，且可用于设定行星辊210的倾斜牵引表面216上的法向力的所要预载。
图3是角接触滚珠斜坡344及非角接触滚珠斜坡346的轴向力340对所施加扭矩342的曲线图。非角接触滚珠斜坡346具有定位来自图2的环形齿轮218所必需的高适形度座圈。由于此高适形度，非角接触滚珠斜坡346在其被装载时具有高摩擦量。这导致较低性能(如由轴向力340对所施加扭矩342的较低斜率看出)以及在非角接触滚珠斜坡346被卸载时大的迟滞348。此大的迟滞348在一些操作条件期间导致来自图2的行星式牵引驱动器200的过夹持，这降低行星式牵引驱动器200的效率及寿命。角接触滚珠斜坡344具有较低适形度座圈，这是因为角接触轴线提供环形齿轮218的必要对准。这允许角接触滚珠斜坡344中的低滚动摩擦及高效率。因此，角接触滚珠斜坡344的性能较高，具有非常小的迟滞，因此行星式牵引驱动器200上的夹持力较一致，从而实现行星式牵引驱动器200的较高效率及寿命。
图4是用于图2的行星式牵引驱动器200的环形组合件400的实施例的放大横截面。环形齿轮418位于中心，第一环形辊412及第二环形辊414位于每一侧上。第一角接触滚珠斜坡426及第二角接触滚珠斜坡428将第一环形辊412及第二环形辊414耦合到环形齿轮418，且在向环形齿轮418施加扭矩时驱迫第一环形辊412及第二环形辊414远离环形齿轮418。展示第一角接触滚珠斜坡426及第二角接触滚珠斜坡428两者的滚珠座圈中的多个滚珠中在第一角接触滚珠斜坡426的滚珠座圈430中的单个滚珠434。滚珠434在滚珠座圈430中的接触轴线432是成角度的，使得接触轴线432具有在径向及轴向两个方向上的分量。这允许通过第一角接触滚珠斜坡426及第二角接触滚珠斜坡428与第一环形辊412及第二环形辊414同心地固持环形齿轮418，同时允许滚珠434在滚珠座圈430中的较低适形度。还展示第一滚珠隔圈450及第二滚珠隔圈452，其可用于帮助将滚珠(例如滚珠434)定位于第一角接触滚珠斜坡426及第二角接触滚珠斜坡428中。如可看出，第一角接触滚珠斜坡426及第二角接触滚珠斜坡428的滚珠座圈(例如滚珠座圈430)在环形齿轮418上交错，使得环形齿轮418上来自第一角接触滚珠斜坡426及第二角接触滚珠斜坡428的力较均匀地分布，且可使用较薄材料。
图5是用于图2的行星式牵引驱动器200的环形组合件500的实施例的分解图。第一环形辊512及第二环形辊514位于环形齿轮518的相对侧上，且通过第一角接触滚珠斜坡526及第二角接触滚珠斜坡528与环形齿轮518介接。滚珠534位于滚珠座圈530中，使得当向环形齿轮518施加扭矩时，滚珠534在滚珠座圈530中滚动以驱迫第一环形辊512及第二环形辊514远离环形齿轮518。另外，第一滚珠隔圈550及第二滚珠隔圈552可用于帮助将滚珠534定位于第一角接触滚珠斜坡526及第二角接触滚珠斜坡528中。如所展示，来自第一角接触滚珠斜坡526及第二角接触滚珠斜坡528的滚珠座圈530在环形齿轮518上交错，以使环形齿轮518上来自第一角接触滚珠斜坡526及第二角接触滚珠斜坡528的力均等且允许使用较薄材料。
已出于说明及描述目的呈现对本发明的前述描述。其并不打算为穷尽性或将本发明限制于所揭示的确切形式，且根据上文教示内容可能进行其它修改及变化。选择并描述实施例以便最佳地解释本发明的原理及其实际应用，以借此使得所属领域的技术人员能够在各种实施例中且以适合于所预期的特定用途的各种修改来最佳地利用本发明。打算将所附权利要求书解释为包含本发明的其它替代实施例，至今为止已为现有技术所限制的除外。

Claims (13)

1.一种用于发动机的从动涡轮增压机，其包括：
涡轮轴；
压缩机，其连接到所述涡轮轴上的第一位置；
涡轮，其连接到所述涡轮轴上的第二位置；
行星式牵引驱动器，其与所述涡轮轴介接以向及从所述涡轮轴传输功率，所述行星式牵引驱动器包括：
多个行星辊，其与所述涡轮轴介接；
第一环形辊及第二环形辊，其与所述多个行星辊上的倾斜牵引表面介接；
居中定位的环形齿轮，其通过第一角接触滚珠斜坡及第二角接触滚珠斜坡与所述第一环形辊及所述第二环形辊介接，使得当通过所述环形齿轮的扭矩增加时，所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中的多个滚珠增加所述行星式牵引驱动器中的夹持力，其中：
所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡由具有成角度接触轴线的滚珠座圈中的所述多个滚珠构成，所述成角度接触轴线是成角度的，具有在轴向与径向两个方向上的方向分量，以将所述环形齿轮与所述第一环形辊及所述第二环形辊同心地拘限；
传送齿轮，其与所述环形齿轮啮合，通过传动装置向及从所述发动机传送功率。
2.根据权利要求1所述的从动涡轮增压机，其中所述第一角接触滚珠斜坡的所述多个滚珠座圈与所述第二角接触滚珠斜坡的所述多个滚珠座圈在所述环形齿轮上交错。
3.根据权利要求1所述的从动涡轮增压机，其中第一滚珠隔圈及第二滚珠隔圈帮助将所述多个滚珠定位于所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中。
4.根据权利要求1所述的从动涡轮增压机，其中所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中的所述多个滚珠的直径经选择以设定所述多个行星辊上的所述倾斜牵引表面上的法向力的所要预载。
5.一种在行星式牵引驱动器中提供夹持力的方法，其包括：
提供太阳轴；
使多个行星辊与所述太阳轴介接；
通过所述多个行星辊上的倾斜牵引表面使第一环形辊及第二环形辊与所述多个行星辊介接；
提供居中定位于所述第一环形辊与所述第二环形辊之间的环形齿轮；
通过第一角接触滚珠斜坡将所述环形齿轮耦合到所述第一环形辊且通过第二角接触滚珠斜坡将所述环形齿轮耦合到所述第二环形辊，使得当通过所述环形齿轮的扭矩增加时，所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中的多个滚珠增加所述行星式牵引驱动器中的夹持力，其中：
所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡由具有成角度接触轴线的滚珠座圈中的所述多个滚珠构成，所述成角度接触轴线是成角度的，具有在轴向与径向两个方向上的方向分量，以将所述环形齿轮与所述第一环形辊及所述第二环形辊同心地拘限。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一角接触滚珠斜坡的所述多个滚珠座圈与所述第二角接触滚珠斜坡的所述多个滚珠座圈在所述环形齿轮上交错。
7.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：
提供第一滚珠隔圈及第二滚珠隔圈以帮助将所述滚珠定位于所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中。
8.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：
将涡轮及压缩机连接到所述太阳轴以形成涡轮轴；
使所述环形齿轮与传送齿轮啮合，所述传送齿轮将所述行星式牵引驱动器连接到传动装置，所述传动装置在所述行星式牵引驱动器与发动机之间传输功率以形成从动涡轮增压机。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中的所述多个滚珠的直径经选择以设定所述多个行星辊上的所述倾斜牵引表面上的法向力的所要预载。
10.一种行星式牵引驱动器，其包括：
太阳轴；
多个行星辊，其与所述太阳轴介接；
第一环形辊及第二环形辊，其与所述多个行星辊上的倾斜牵引表面介接；
居中定位的环形齿轮，其通过第一角接触滚珠斜坡及第二角接触滚珠斜坡中的多个滚珠与所述第一环形辊及所述第二环形辊介接，使得当通过所述环形齿轮的扭矩增加时，所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中的所述多个滚珠增加所述行星式牵引驱动器中的夹持力，其中：
所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡由具有成角度接触轴线的滚珠座圈中的所述多个滚珠构成，所述成角度接触轴线是成角度的，具有在轴向与径向两个方向上的方向分量，以将所述环形齿轮与所述第一环形辊及所述第二环形辊同心地拘限。
11.根据权利要求10所述的行星式牵引驱动器，其中所述第一角接触滚珠斜坡的所述多个滚珠座圈与所述第二角接触滚珠斜坡的所述多个滚珠座圈在所述环形齿轮上交错。
12.根据权利要求10所述的行星式牵引驱动器，其中第一滚珠隔圈及第二滚珠隔圈帮助将所述多个滚珠定位于所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中。
13.根据权利要求10所述的行星式牵引驱动器，其中所述第一角接触滚珠斜坡及所述第二角接触滚珠斜坡中的所述多个滚珠的直径经选择以设定所述多个行星辊上的所述倾斜牵引表面上的法向力的所要预载。
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