用于悬浮轴离心增压器的弹刚性摩擦轮组件及离心增压器的制作方法

本发明属于离心增压器技术领域，更具体地，涉及一种用于悬浮轴离心增压器的弹刚性摩擦轮组件及具有该弹刚性摩擦轮组件的悬浮轴离心增压器。

背景技术：

为了提高内燃发动机的效率和输出功率，在空气进入到气缸以前，通常需要为其配置增压器，用以将进入气缸的空气压缩，使得在同样的汽缸体积下，能够吸入更多的空气来燃烧更多的燃料，达到增大功率的效果。目前普遍采用的发动机增压器主要有机械增压和电机增压等类别，其中机械增压又包括离心式机械增压、螺旋式增压和鲁兹式机械增压等。离心机械增压器主要利用发动机引擎主轴来驱动增压器，将进入增压器的空气压缩为高密度空气送入气缸，提高引擎的输出功率。目前离心增压器的技术水平已经得到长足的发展，在其结构不断简化、体积不断缩小的同时，其转速也在不断提高，增压效率也有了显著的进步；但是，离心增压器仍然也存在增压器空载、增压器传输效率较低的缺点。

本申请人在先申请的专利cn201410580117.1中公开了一种具备行星齿轮机构的高传动比悬浮轴离心增压器，其包括三组摩擦轮组件，悬浮中心轴设置在三组摩擦轮之间，增压器通过皮带轮从引擎电机接入驱动力，并通过一个太阳齿轮将驱动力传导到三个行星齿轮上，三个行星齿轮再通过传动轴带动三组摩擦轮运动，进而通过摩擦传动的形式带动悬浮中心轴运动，使得设置在悬浮中心轴端部的波轮跟随中心轴转动，将空气吸入增压器中进行增压。

上述方案中的悬浮轴离心增压器能够获得三级增效激励，可以有效克服原有增压器的空载现象，解决增益比和传输效率的瓶颈问题。但是，该悬浮轴离心增压器中采用三组对称设置在悬浮中心轴外围的摩擦轮对中心轴进行传动，而三组摩擦轮分别通过对应的带轮驱动，且三个带轮通过同一皮带驱动而转动。这种结构一方面由于三个带轮在皮带驱动中可能存在的打滑等因素导致三个摩擦轮转动存在速度差，从而导致悬浮中心轴的转动不稳定，使得空气压力不均匀从而影响增压效果；另一方面三组摩擦轮组件采用的是弹性材料，在对中心轴的支撑和驱动中会存在转动/支撑不均衡而导致的谐振现象，同时还存在弹性轮固有的旋转精度缺陷等问题，这些都会导致波轮旋转的不稳定和不均匀，影响空气吸入和增压效果，导致增压器仍然存在较大的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于悬浮轴离心增压器的弹/刚性摩擦轮组件，其通过对增压器中的摩擦轮组进行改进，将部分摩擦轮组设置为刚性轮，同时将作为驱动轮组的摩擦轮组设置为仅为一组，从而不但可以解决存在的不同驱动轮带来的速差问题，而且可以大大减小存在的中心轴谐振现象以及弹性轮的旋转精度缺陷，提升增压器的空气吸入和增压效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种用于悬浮轴离心增压器的弹/刚性摩擦轮组件，其设置在离心增压器的箱体内，其特征在于，

包括轴向相互平行的第一摩擦轮组、第二摩擦轮组和第三摩擦轮组，每个摩擦轮组包括至少两个相互平行且同轴设置的摩擦轮，所述悬浮轴设置在所述三个摩擦轮组之间且轴线相互平行，使得所述三个摩擦轮组的各摩擦轮外周面均与该悬浮轴接触，其中，

所述第一摩擦轮组为驱动轮组，其中轴的端部伸出箱体外与驱动带轮固定连接以传递驱动力，且其中的摩擦轮均为弹性摩擦轮，并分别与悬浮轴外周面弹性接触从而可驱动所述悬浮轴转动；

所述第二摩擦轮组和第三摩擦轮组均不与外部驱动机构动力连接，且第二摩擦轮组和第三摩擦轮组各自的摩擦轮中，至少靠近离心叶轮组一端的摩擦轮为刚性轮，其与所述悬浮轴刚性接触以用于支撑其转动。

上述方案中，柔性摩擦轮组驱动而刚性轮摩擦组支撑的方式，柔刚结合与悬浮轴的配合运动方式，并结合单一的动力驱动轮组，从而可以实现对悬浮轴的稳定驱动，减小悬浮中心轴谐振现象以及弹性轮的旋转精度缺陷，同时单一的动力驱动可以克服不同轮组之间转速差导致的不稳定缺陷，从而有效提升增压器的空气吸入和增压效果。

作为本发明的进一步改进，所述三个摩擦轮组沿所述悬浮主轴周向成120度布置。

作为本发明的进一步改进，各摩擦轮组包含两个摩擦轮，其中位于离心叶轮组一端的三个摩擦轮处于同一平面，位于带轮一端的三个摩擦轮处于同一平面。

作为本发明的进一步改进，所述第二摩擦轮组和第三摩擦轮组的摩擦轮均为刚性轮。

作为本发明的进一步改进，所述第二摩擦轮组和第三摩擦轮组中靠近带轮一端的摩擦轮为弹性轮。

作为本发明的进一步改进，所述第一摩擦轮组中的至少一个弹性摩擦轮的摩擦圈侧面存在一定倾斜度，相应地与之接触的悬浮轴的驱动段台阶面也存在对应的倾斜度。

作为本发明的进一步改进，所述弹性摩擦轮的摩擦圈侧面倾斜角度与与之接触的悬浮轴的驱动段台阶面的倾斜角度相同或不同。

作为本发明的进一步改进，所述侧面倾斜角度为5°～10°。

按照本发明的另一方面，提供一种悬浮轴离心增压器，其包括上述的弹/刚性摩擦轮组件。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的用于悬浮轴离心增压器的弹/刚性摩擦轮组件中，将用于驱动的摩擦轮组设置为一组，相应地驱动带轮也为一个，而其余两组摩擦轮组仅作为支撑，从而可以有效解决不同驱动轮带来的速差问题；

(2)本发明的用于悬浮轴离心增压器的弹/刚性摩擦轮组件中，其作为支撑轮组的摩擦轮组中至少部分摩擦轮采用刚性轮，从而可以大大减小存在的中心轴谐振现象以及弹性轮的旋转精度缺陷，提升增压器的空气吸入和增压效果；

(3)本发明的用于悬浮轴离心增压器的弹/刚性摩擦轮组件中，通过将弹性轮的摩擦圈端面的倾斜角度与定位台阶端面的倾斜角度进行匹配设计，角度可以相同或不同，使原有摩擦轮端面与中心轴定位台阶端面的相对滑动面-面摩擦变为了弧面相向滚动的点-点或线-线摩擦，极大地减少了传动部件的摩擦损耗，有效提升了传动部件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一个实施例的弹刚性摩擦轮组件在悬浮轴离心增压器中应用的结构示意图；

图2为图1中的弹/刚性摩擦轮组件的弹性摩擦轮组的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的弹/刚性摩擦轮组件的弹性摩擦轮组的从带轮驱动端角度下的端面示意图；

图4为本发明另一个实施例的弹/刚性摩擦轮组件的弹性摩擦轮组的从带轮驱动端角度下的端面示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-悬浮主轴、101-摩擦传动段、102-轴向定位段、103-负载段、1021-定位台阶端面、2-摩擦轮组、201-摩擦圈、2011-摩擦圈端面、弹性摩擦轮20、刚性摩擦轮21、3-磁性组件、4-带轮、5-传动轴、6-固定螺母、7-固定螺栓、8-离心叶轮组、9-轴向进风口、10-经向出风口、11-机壳、12-密封箱体、13-毡垫、α-摩擦圈端面倾斜角度、β-定位台阶端面倾斜角度。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明一个实施例的弹/刚性摩擦轮组件在悬浮轴离心增压器中应用的结构示意图；图2为图1中的弹/刚性摩擦轮组件的弹性摩擦轮组的结构示意图；图3为本发明一个实施例的弹/刚性摩擦轮组件的弹性摩擦轮组的从带轮驱动端角度下的端面示意图；图4为本发明另一个实施例的弹/刚性摩擦轮组件的弹性摩擦轮组的从带轮驱动端角度下的端面示意图。

如图1和2所示，本发明实施例的弹/刚性摩擦轮组件所应用的离心增压器，其包括传动单元、风机增压单元以及冷却单元等功能单元。如图1所示，传动单元包括带轮4、传动轴5、摩擦轮组2和悬浮主轴1。其中，带轮4可以通过譬如传动带等于发动机的动力部分连接，由此获得驱动力。传动轴5与带轮4连接，用于带动摩擦轮组2转动。

在本发明的较佳实施例中，摩擦轮组2包含3组，每组优选是两个摩擦轮，两个摩擦轮相互平行且同轴设置，形成一个摩擦轮对。三个摩擦轮组2轴线相互平行并沿周向分布在悬浮中心轴1外，即悬浮轴1设置在三个摩擦轮组2之间，悬浮轴1轴线与摩擦轮组2的轴线相互平行，三个摩擦轮组2的各摩擦轮外周面均与该悬浮轴接触。

在本发明的较佳实施例中，三个摩擦轮组沿所述悬浮主轴周向成120度布置。当然本发明中对三个摩擦轮组的布置方式并不限于此，只要沿主轴外周布置即可，角度可以根据实际情况具体选择。

本方案中，其中一个摩擦轮组包括两个摩擦轮，分别沿轮组中轴设置在两端，其中一段与离心叶轮组8靠近，另一端与带轮4靠近，两摩擦轮均为弹性轮20，其包括位于外周的摩擦圈201，其作为动力驱动轮组，用于与悬浮轴弹性接触并进而驱动悬浮轴1转动。具体地，该摩擦轮组2的中轴端部伸出箱体外设置有带轮4，带轮4通过皮带与外部动力单元连接，带轮4的转动带动该摩擦轮组2转动，进而驱动悬浮轴1转动。

优选地，该作为动力驱动轮组的摩擦轮组2设置在悬浮轴1的上方。

如图3所示，另外两个摩擦轮组2中的每一个也优选包括两个摩擦轮，分别沿轮组中轴设置在两端，其中一端(即传动轴5前端)与离心叶轮组8靠近，另一端(即传动轴5前端)与带轮4靠近。每一个摩擦轮组2的两摩擦轮中其中一个是刚性轮，其摩擦圈201与悬浮轴1刚性接触，以用于支撑悬浮轴1的转动。

如图3所示，在一个较佳实施例中，两摩擦轮组2的各自靠近离心叶轮组8一端的摩擦轮为刚性轮，靠近带轮4一端的摩擦轮也为刚性轮。

如图4所示，在另一个较佳实施例中，两摩擦轮组2的各自靠近离心叶轮组8一端的摩擦轮为刚性轮，而靠近带轮4一端的摩擦轮为弹性轮。

本方案中，3组摩擦轮中布置在传动轴5前端的摩擦轮均保持在同一平面内，这样当它们转动时的运动轨迹也处于同一个平面内，并且三个摩擦轮的中心点连线优选构成等边三角形，三个摩擦轮的边缘作为三个支撑点来共同支撑悬浮主轴1，并通过三个摩擦轮的接触带动起转动。上述三组摩擦轮中布置在传动轴5后端面的摩擦轮同样均保持在另一个平面内，并以前述相同的方式对悬浮主轴的后端进行支撑，从而与前摩擦轮共同作用以执行传动过程。悬浮主轴1由于在其前后端分别于3个前摩擦轮和3个后摩擦轮的表面形成接触摩擦，由此在无需轴承的情况下，也能执行同步高速旋转。

如图1和2所示的一个优选实施例中悬浮轴离心增压器的悬浮主轴1，其整体结构为多段式台阶轴结构，其端部为轴径最小的负载段103，其周向上套设有离心叶轮组8，离心叶轮组8采用固定螺母6固定在负载段103上，用于将空气吸入增压器的风机增压单元进行增压。

悬浮主轴1的中后段也为台阶轴结构，其中包含有轴径最大的轴向定位段102和轴径仅小于轴向定位段102轴径的摩擦传动段101，摩擦传动段101为两段，两段摩擦传动段101沿同一轴线分设于轴向定位段102的两侧，其中一段与所述离心叶轮组8连接，用于通过摩擦传动的方式将驱动力传输到负载段103，带动离心叶轮组8转动，另一段与机座顶壁间隔一定距离。由于波轮高速旋转产生较大的负压，该负压将悬浮中心轴推向摩擦轮的端面，从而使得悬浮中心轴的轴向定位段台阶端面与摩擦轮的端面发生碰撞，极易造成悬浮中心轴或摩擦轮的端面损坏。为此，本发明在机座的顶壁上开设有通孔，所述通孔可以为圆形、方形或其他形状，具体根据实际需求确定。在所述通孔内，设有磁性组件3，该磁性组件为永磁体，且该磁性组件与所述悬浮主轴1的端面之间设有磁隙，该磁隙的大小根据所述离心叶轮组8产生的负压大小确定。在本发明的优选实施例中，该磁性组件为电磁体，通过压力传感器控制电磁体的电流大小，从而控制电磁体的磁力大小，从而实时抵消由于叶轮不同转速产生的负压，实现对中心轴的限制，从而避免中心轴台阶与摩擦轮端面发生碰撞。

由于轴径不同，轴向定位段102与摩擦传动段101在交界处形成了定位台阶端面1021，由于中心轴的轴向定位段台阶端面与摩擦轮的端面相对运动为面面接触摩擦，导致离心增压器的悬浮中心轴的台阶端面磨损非常严重。因此，本发明一个优选实施例中，将定位台阶端面1021设计为呈一定倾斜角度的斜面，即定位台阶端面1021与悬浮主轴1的径向截面之间有一定的倾斜角度β。

悬浮主轴1与摩擦轮组2之间通过接触摩擦传动，在一个优选实施例中，摩擦轮2为多组套圈同轴套设，其从外及里可以优选为摩擦圈、弹性橡胶圈和铝合金轮芯，摩擦圈201位于摩擦轮的最外圈，摩擦圈的环形周面与中心轴1的摩擦传动段101表面接触设置，用于和悬浮主轴1接触摩擦传动。相应地，两个相对端面分别对应布置在轴向定位段102两端的两个定位台阶端面处，即每个摩擦轮的摩擦圈201的环形周面与悬浮主轴1的摩擦传动段101的环形周面接触设置，且摩擦圈201靠近轴向定位段102的摩擦圈端面2011与轴向定位段102上的定位台阶端面1021匹配设置。相应的，摩擦圈201的端面2011与摩擦轮2的径向截面之间呈一定的倾斜角度α。

在本发明的优选实施例中，摩擦圈端面2011的倾斜角度α与定位台阶端面1021的倾斜角度β匹配设置，倾斜角度α和β的角度值可以根据实际需要具体设置，两者可以相同，也可以不同。在一个优选实施例中，摩擦圈端面2011的倾斜角度α与定位台阶端面1021的倾斜角度β相同，摩擦圈端面2011与定位台阶端面1021接触设置，当摩擦轮2带动中心轴1运动时，摩擦圈端面2011与定位台阶端面1021之间进行线-线滚动摩擦。进一步地，在一个优选实施例中，定位台阶端面的倾斜角度β的角度值为10°，当然β的值也可以为其他数值，如5°、6°、7°、8°等，优选β的数值范围为5°～10°；相应地，摩擦圈端面2011的倾斜角度α的角度值也为10°，当然α的值也能为其他数值，如5°、6°、7°、8°等，优选α的数值范围为5°～10°。

风机增压单元包括机壳11、开设在机壳11上的轴向进风口9和径向出风口10以及设置在机壳11内部的离心叶轮组8。其中，所述离心叶轮组8套设于悬浮主轴的尾端(图1中所示为左端)，由此在悬浮主轴1的带动下同步高速旋转，产生负压，从而使得气流从轴向进风口9加速流程径向出风口10，从而起到增压的功能。

离心增压器产品的弹性摩擦轮组件在高速旋转工作时产生大量的热量，机座内形成余热涡流，散热效果不好，极易造成摩擦副损坏，影响弹性摩擦轮组的使用寿命。本发明中还设置有冷却单元来执行冷却和降温处理。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。