CN110344931B - 用于驱动型涡轮增压器的单角接触球斜面 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种用于驱动型涡轮增压器的单角接触球斜面。本发明揭示用于驱动型涡轮增压器的行星牵引驱动，其使用角接触球斜面以依据力矩输贯量而提供可变夹紧。所述球斜面位于环形滚轴与环形齿轮之间，并且用以将所述环形齿轮定位成与所述环形滚轴同心。所述球斜面的成角度的接触轴允许在所述球斜面中的球与球座圈之间使用低顺应性接触以提供高效移动，同时将环形齿轮定位成与牵引环同心。本发明还揭示以下变化形式：在环形齿轮与夹紧牵引环之间仅使用单角接触球斜面，且另一牵引环稳固地固定到所述环形齿轮以减少部件计数和复杂性。

Description

用于驱动型涡轮增压器的单角接触球斜面
技术领域
本发明涉及用于驱动型涡轮增压器的单角接触球斜面。
背景技术
驱动型涡轮增压器是对普通涡轮增压器的改进，这是因为驱动型涡轮增压器(超级涡轮增压器)不止是由废气涡轮机提供动力，从而减小增压式发动机中的涡轮滞后。驱动型涡轮增压器也可将过量涡轮机功率引导回到发动机以增加发动机效率。
发明内容
本发明的一个实施例因而可包括一种用于发动机的驱动型涡轮增压器，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；行星牵引驱动，其与所述涡轮轴介接以将动力传输到所述涡轮轴并且传输来自所述涡轮轴的动力，所述行星牵引驱动包括：多个行星滚轴，其与所述涡轮轴介接；夹紧环形滚轴和固定环形滚轴，其与所述多个行星滚轴上的倾斜牵引表面介接；环形齿轮，其定位在中心，通过角接触球斜面与所述夹紧环形滚轴介接并且通过刚性连接与所述固定环形滚轴介接，使得当穿过所述环形齿轮的力矩增加时，所述角接触球斜面增加所述行星牵引驱动中的夹紧力，其中所述角接触球斜面包括具有成角度的接触轴的球座圈中的多个球并且塑形成具有所述球座圈中的所述球的低顺应性以提供所述球座圈中的所述球的高效率移动，且所述成角度的接触轴将所述环形齿轮定位成与所述夹紧环形滚轴同心；分动齿轮，其与所述环形齿轮啮合，通过变速器将动力传送到所述发动机并且传送来自所述发动机的动力。
本发明的一个实施例因而可另外包括一种在行星牵引驱动中提供夹紧力的方法，其包括：提供太阳轴；将多个行星滚轴介接到所述太阳轴；通过所述多个行星滚轴上的倾斜牵引表面将夹紧环形滚轴和固定环形滚轴介接到所述多个行星滚轴；提供位于所述夹紧环形滚轴与所述固定环形滚轴之间的中心处的环形齿轮；将所述环形齿轮通过角接触球斜面耦合到所述夹紧环形滚轴，并且通过刚性连接耦合到所述固定环形滚轴，使得当穿过所述环形齿轮的力矩增加时，所述角接触球斜面增加所述行星牵引驱动中的夹紧力，其中所述角接触球斜面包括具有成角度的接触轴的球座圈中的多个球并且塑形成具有所述球座圈中的所述球的低顺应性以提供所述球座圈中的所述球的高效率移动，且所述成角度的接触轴将所述环形齿轮定位成与所述夹紧环形滚轴同心。
本发明的一个实施例因而可另外包括一种行星牵引驱动，其包括：太阳轴；多个行星滚轴，其与所述太阳轴介接；夹紧环形滚轴和固定环形滚轴，其与所述多个行星滚轴上的倾斜牵引表面介接；环形齿轮，其定位在中心，通过角接触球斜面与所述夹紧环形滚轴介接并且通过刚性连接与所述固定环形滚轴介接，使得当穿过所述环形齿轮的力矩增加时，所述角接触球斜面增加所述行星牵引驱动中的夹紧力，其中所述角接触球斜面包括具有成角度的接触轴的球座圈中的多个球并且塑形成具有所述球座圈中的所述球的低顺应性以提供所述球座圈中的所述球的高效率移动，且所述成角度的接触轴将所述环形齿轮定位成与所述夹紧环形滚轴同心。
附图说明
图1是具有行星牵引驱动的驱动型涡轮增压器的等角视图。
图2是具有角接触球斜面的行星牵引驱动的实施例的横截面。
图3是针对角接触球斜面和非角接触球斜面的轴向力对所应用的力矩的曲线图。
图4是用于图2的行星牵引驱动的环组合件的实施例的放大横截面。
图5是用于图2的行星牵引驱动的环组合件的实施例的分解视图。
图6是具有单角接触球斜面和固定环形滚轴的行星牵引驱动的实施例的横截面。
具体实施方式
图1是具有行星牵引驱动102的驱动型涡轮增压器100的等角视图。涡轮轴104连接到压缩机106和涡轮机108。行星牵引驱动102与涡轮轴104介接以将动力传输到涡轮轴104并且传输来自涡轮轴104的动力。行星牵引驱动102由与涡轮轴104介接的多个行星滚轴110、与行星滚轴110上的倾斜牵引表面116介接的第一环形滚轴112和第二环形滚轴114以及环形齿轮118组成。环形齿轮118与分动齿轮120啮合，所述分动齿轮120又耦合到变速器122。变速器122在发动机124与行星牵引驱动102之间传输动力。环形齿轮118通过第一角接触球斜面126和第二角接触球斜面128与第一环形滚轴112和第二环形滚轴114介接。当力矩应用于环形齿轮118时，第一角接触球斜面126和第二角接触球斜面128将第一环形滚轴112和第二环形滚轴114推离环形齿轮118。这继而增加行星滚轴110的倾斜牵引表面116上的法向力，并且增加行星牵引驱动102中的夹紧力。增加的夹持力增加具有增加的力矩输贯量水平的行星牵引驱动102的力矩容量，以便改进行星牵引驱动102的效率和寿命特性。在高力矩传输操作期间，第一角接触球斜面126和第二角接触球斜面128在行星牵引驱动102中提供高水平的夹紧力以防止滑动，并且在低力矩传输操作期间，第一角接触球斜面126和第二角接触球斜面128松弛行星牵引驱动102中的夹紧力以提高行星牵引驱动102的寿命和效率。
驱动型涡轮增压器100的操作如在以下美国专利中所教示：2013年10月22日颁发的标题为“具有高速牵引驱动和无级变速器的超级涡轮增压器(Super-TurbochargerHaving a High Speed Traction Drive and a Continuously Variable Transmission)”的美国专利8,561,403；2014年3月11日颁发的标题为“高力矩牵引驱动(High TorqueTraction Drive)”的美国专利8,668,614；2013年12月17日颁发的标题为“对称牵引驱动(Symmetrical Traction Drive)”的美国专利8,608,609中；以及2017年6月6日颁发的标题为“推力吸收行星牵引驱动超级涡轮(Thrust Absorbing Planetary Traction DriveSuperturbo)”的美国专利9,670,832。美国专利8,561,403、8,668,614、8,608,609和9,670,832特定地将其所揭示和教示的全部内容以引用的方式并入本文中。
图2是具有角接触球斜面226、228的行星牵引驱动200的实施例的横截面。当力矩应用于环形齿轮218时，第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228将第一环形滚轴212和第二环形滚轴214推离环形齿轮218，这增加行星滚轴210的倾斜牵引表面216上的法向力，从而将增加的夹紧力提供到行星牵引驱动200以增加其力矩容量。还增加行星滚轴210与太阳轴204之间的法向力。太阳轴204对应于图1中的涡轮轴104。第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228的球座圈230在两个方向上倾斜，使得其通过在穿过行星牵引驱动200的任一方向上的力矩操作。环形齿轮218与分动齿轮220啮合以将动力传输到行星牵引驱动200并且传输来自行星牵引驱动200的动力。环形齿轮218整个定位成穿过第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228，并且不具有额外支承轴承，因此必要的是第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228维持环形齿轮218与第一环形滚轴212和第二环形滚轴214同心，以用于环形齿轮218的平衡旋转并且维持环形齿轮218与分动齿轮220的恰当啮合。第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228包括位于多个球座圈230中的多个球234。其中球234接触球座圈230的第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228的接触轴232以在轴向和径向两个方向上的分量成角度。这将环形齿轮218限定到恰当的同心位置，即使在球234与球座圈230之间具有点接触，这允许球234与球座圈230之间的低顺应性，其中球座圈230的曲率半径大于球234的半径。此低顺应性有利于第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228，这是因为其减小球座圈230中的球234的滚动摩擦，增加第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228的效率，并且提供对行星牵引驱动200的更大线性夹紧。如果接触轴232不是成角度的，且仅处于轴向方向上，那么将需要球座圈230中的球234的极高顺应性以固持环形齿轮218与第一环形滚轴212和第二环形滚轴214同心，这将增加摩擦，降低效率，并且增加球斜面的磨损。另外，球座圈230中的球234的低顺应性允许球234具有一直径范围同时仍为第一角接触球斜面226和第二角接触球斜面228提供恰当的功能。球234的直径可经调整以补偿行星牵引驱动200中的部分的容差范围，并且可用以设置行星滚轴210的倾斜牵引表面216上的法向力的所要预加载。
图3是针对角接触球斜面344和非角接触球斜面346的轴向力340对所应用的力矩342的曲线图。非角接触球斜面346具有定位来自图2的环形齿轮218所需的高顺应性座圈。因为此高顺应性，非角接触球斜面346在被加载时具有高摩擦量。这导致如轴向力340到所应用的力矩342的较低斜率所见证的较低性能，以及当卸载非角接触球斜面346时的大迟滞348。此大迟滞348造成在一些操作条件期间对来自图2的行星牵引驱动200的过夹紧，这降低行星牵引驱动200的效率和寿命。角接触球斜面344具有较低顺应性座圈，这是因为角接触轴提供环形齿轮218的必要对准。这允许角接触球斜面344中的低滚动摩擦和高效率。因此，角接触球斜面344的性能较高，具有极小迟滞，因此行星牵引驱动200上的夹紧力更一致，从而得到行星牵引驱动200的较高效率和寿命。
图4是用于图2的行星牵引驱动200的环组合件400的实施例的放大横截面。环形齿轮418位于中心，第一环形滚轴412和第二环形滚轴414位于各侧。第一角接触球斜面426和第二角接触球斜面428将第一环形滚轴412和第二环形滚轴414耦合到环形齿轮418，并且当力矩应用于环形齿轮418时，迫使第一环形滚轴412和第二环形滚轴414远离环形齿轮418。在第一角接触球斜面426的球座圈430中示出单个球434，存在针对第一角接触球斜面426和第二角接触球斜面428两者的球座圈中的多个球。球座圈430中的球434的接触轴432是有角度的，使得接触轴432具有在径向和轴向两个方向上的分量。这允许通过第一角接触球斜面426和第二角接触球斜面428保持环形齿轮418与第一环形滚轴412和第二环形滚轴414同心，同时允许球座圈430中的球434的较低顺应性。还示出第一球保持架450和第二球保持架452，其可用以帮助将球例如球434定位于第一角接触球斜面426和第二角接触球斜面428中。如可见，第一角接触球斜面426和第二角接触球斜面428的球座圈例如球座圈430在环形齿轮418上交错，使得环形齿轮418上的来自第一角接触球斜面426和第二角接触球斜面428的力更均匀地分布，且可使用较薄材料。
图5是用于图2的行星牵引驱动200的环组合件500的实施例的分解视图。第一环形滚轴512和第二环形滚轴514位于环形齿轮518的相对侧，并且通过第一角接触球斜面526和第二角接触球斜面528介接到环形齿轮518。球534位于球座圈530中，使得当力矩应用于环形齿轮518时，球534在球座圈530中滚动以迫使第一环形滚轴512和第二环形滚轴514远离环形齿轮518。另外，第一球保持架550和第二球保持架552可用以帮助将球534定位于第一角接触球斜面526和第二角接触球斜面528中。如所示出，来自第一角接触球斜面526和第二角接触球斜面528的球座圈530在环形齿轮518上交错，以使环形齿轮518上的来自第一角接触球斜面526和第二角接触球斜面528的力变均匀并且允许使用较薄材料。
图6是具有单角接触球斜面626和固定环形滚轴614的行星牵引驱动600的实施例的横截面。代替如图2中所示使用两个对称的角接触球斜面，仅使用一个角接触球斜面626在行星牵引驱动600中提供夹紧力。夹紧环形滚轴612通过角接触球斜面626与环形齿轮618介接。如在图2中，球634的接触轴632以在轴向和径向两个方向上的分量成角度，允许通过球座圈630中的球634的低顺应性角接触球斜面626将环形齿轮618定位成与夹紧环形滚轴612同心。固定环形滚轴614通过刚性连接660附接到环形齿轮618的相对侧。此刚性连接660包括螺栓、焊接或任何其它刚性附接方法。刚性连接660将固定环形滚轴614定位成与环形齿轮618同心，使得夹紧环形滚轴612、环形齿轮618和固定环形滚轴614在600的操作期间全都是相互同心的。使用刚性连接660而非第二角接触球斜面减小行星牵引驱动600的部件计数、成本和复杂性。
当力矩应用于图6的行星牵引驱动600时，夹紧环形滚轴612相对于环形齿轮618旋转以致动角接触球斜面626。角接触球斜面626迫使夹紧环形滚轴612远离环形齿轮618，这增加行星滚轮610的倾斜牵引表面616上的来自夹紧环形滚轴612和固定环形滚轴614的法向力。另外，太阳轴604上的来自行星滚轴610的法向力增加。以此方式，根据需要，在力矩应用于行星牵引驱动600时，角接触球斜面626增加行星牵引驱动600中的法向力，从而增加行星牵引驱动600的力矩容量。夹紧环形滚轴612相对于环形齿轮618的旋转当致动角接触球斜面626时会造成夹紧环形滚轴612相对于固定环形滚轴614的旋转，这是因为固定环形滚轴614附接到环形齿轮618。这要求允许夹紧环形滚轴612和固定环形滚轴614相对于行星滚轴610的倾斜牵引表面616滑动。然而，通过行星牵引驱动600容易吸收此差别平移，这是因为行星牵引驱动600在固有水平的滑动下操作。如果夹紧环形滚轴612和固定环形滚轴614要求与行星滚轴610的仅纯滚动接触，那么夹紧滚轴612相对于固定环形滚轴614的此旋转将不起作用，但行星牵引驱动600中的固有水平的滑动允许角接触球斜面626的单侧操作的此能力。
出于说明和描述的目的，呈现本发明的前文描述。其并不意图为穷尽性的或将本发明限制于所揭示的精确形式，并且鉴于以上教示的其它修改和变化可为可能的。实施例是为了最佳地解释本发明的原理和其实际应用而选择和描述，由此使得所属领域的其它技术人员能够在各种实施例中并且以适于所设想的特定用途的各种修改最佳地利用本发明。除非受到现有技术的限制，否则意图将所附权利要求书解释为包含本发明的其它替代性实施例。

Claims (10)

1.一种用于发动机的驱动型涡轮增压器，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；
行星牵引驱动，其与所述涡轮轴介接以将动力传输到所述涡轮轴并且传输来自所述涡轮轴的动力，所述行星牵引驱动包括：
多个行星滚轴，其与所述涡轮轴介接；
夹紧环形滚轴和固定环形滚轴，其与所述多个行星滚轴上的倾斜牵引表面介接；
环形齿轮，其定位在中心，通过角接触球斜面与所述夹紧环形滚轴介接并且通过刚性连接与所述固定环形滚轴介接，使得当穿过所述环形齿轮的力矩增加时，所述角接触球斜面增加所述行星牵引驱动中的夹紧力，其中：
所述角接触球斜面包括具有成角度的接触轴的球座圈上的多个球，所述成角度的接触轴中的每一个在轴向和径向两个方向上具有方向分量以将所述环形齿轮限定成与所述夹紧环形滚轴同心；
分动齿轮，其与所述环形齿轮啮合，通过变速器将动力传送到所述发动机并且传送来自所述发动机的动力。
2.根据权利要求1所述的驱动型涡轮增压器，其中球保持架帮助将所述多个球定位于所述角接触球斜面中。
3.根据权利要求1所述的驱动型涡轮增压器，其中所述角接触球斜面中的所述多个球的直径经选择以设置所述多个行星滚轴上的所述倾斜牵引表面上的法向力的所要预加载。
4.一种在行星牵引驱动中提供夹紧力的方法，其包括：
提供太阳轴；
将多个行星滚轴介接到所述太阳轴；
通过所述多个行星滚轴上的倾斜牵引表面将夹紧环形滚轴和固定环形滚轴介接到所述多个行星滚轴；
提供位于所述夹紧环形滚轴与所述固定环形滚轴之间的中心处的环形齿轮；
将所述环形齿轮通过角接触球斜面耦合到所述夹紧环形滚轴，并且通过刚性连接耦合到所述固定环形滚轴，使得当穿过所述环形齿轮的力矩增加时，所述角接触球斜面增加所述行星牵引驱动中的夹紧力，其中：
所述角接触球斜面包括具有成角度的接触轴的球座圈上的多个球，所述成角度的接触轴中的每一个在轴向和径向两个方向上具有方向分量以将所述环形齿轮限定成与所述夹紧环形滚轴同心。
5.根据权利要求4所述的方法，其另外包括：
提供球保持架以帮助将所述球定位于所述角接触球斜面中。
6.根据权利要求4所述的方法，其另外包括：
将涡轮和压缩机连接到所述太阳轴以形成涡轮轴；
使所述环形齿轮与分动齿轮啮合，所述分动齿轮将所述行星牵引驱动连接到变速器，所述变速器在所述行星牵引驱动与发动机之间传输动力，从而形成驱动型涡轮增压器。
7.根据权利要求4所述的方法，其中选择所述角接触球斜面中的所述多个球的直径设置所述多个行星滚轴上的所述倾斜牵引表面上的法向力的所要预加载。
8.一种行星牵引驱动，其包括：
太阳轴；
多个行星滚轴，其与所述太阳轴介接；
夹紧环形滚轴和固定环形滚轴，其与所述多个行星滚轴上的倾斜牵引表面介接；环形齿轮，其定位在中心，通过角接触球斜面与所述夹紧环形滚轴介接并且通过刚性连接与所述固定环形滚轴介接，使得当穿过所述环形齿轮的力矩增加时，所述角接触球斜面增加所述行星牵引驱动中的夹紧力，其中：
所述角接触球斜面包括具有成角度的接触轴的球座圈上的多个球，所述成角度的接触轴中的每一个在轴向和径向两个方向上具有方向分量以将所述环形齿轮限定成与所述夹紧环形滚轴同心。
9.根据权利要求8所述的行星牵引驱动，其中球保持架帮助将所述多个球定位于所述角接触球斜面中。
10.根据权利要求8所述的行星牵引驱动，其中所述角接触球斜面中的所述多个球的直径经选择以设置所述多个行星滚轴上的所述倾斜牵引表面上的法向力的所要预加载。
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