弹簧加载的行星齿轮组件的制作方法

本发明涉及行星齿轮组件的领域。更特别地，本发明涉及弹簧加载的行星齿轮组件。

背景技术：

可变凸轮正时或“VCT”是指在需要时控制和改变驱动轴与一个或多个凸轮轴之间的角度关系(“相位”)的过程，其控制发动机的进气阀和排气阀。在闭环VCT系统中，系统测量凸轮轴相对于所述凸轮轴可操作地连接到的曲轴的角度位移或相位角度，并且然后更改相位角度以响应于功率上的增加或减小的需要而调节各种发动机特性。通常，存在反馈回路，其中这些发动机特性的所需值针对它们的现有值测量，且响应于任何变化在发动机内部实现改变。为了完成这个，现代的汽车通常具有一个或多个电子控制单元(ECU)，其不断地分析从发动机的各个零件或从汽车的其他零件(诸如，例如，废气传感器、压力传感器和温度传感器)馈送给它们的数据。控制信号然后响应于这种数据而发射。例如，关于VCT系统，随着变化在发动机或外界条件中发生，相应调节凸轮轴与曲轴之间的角度位移。

VCT系统包括凸轮定相控制装置(有时称为相位器)、控制阀、控制阀致动器和控制电路。电相位器(e-相位器)通过电动机驱动以控制并且改变驱动轴与一个或多个凸轮轴之间的角度关系。响应于输入信号，电相位器将凸轮轴调节为提前或延迟的发动机正时。

这些系统具有高比例的齿轮系，并且可借助于以与凸轮轴相同的速度自旋的电机将凸轮轴相对于曲轴定相。由于电机自旋比凸轮轴更快，相位器将在一个方向上将凸轮轴相对于曲轴定相，且随着电机减速，凸轮轴到 曲轴的相位将在相反方向上移动。

由Choi等人发表的标题是“用于汽车的可变齿轮比转向设备(Variable Gear Ratio Steering Apparatus for Automobiles)”并且在2007年8月2日公开的第2007/0179011号美国专利申请公开案公开了一种可变齿轮比转向设备，其包括连接到转向轮的输入轴、与输入轴同轴地形成并同时封闭输入轴的太阳齿轮、在外部与太阳齿轮啮合的第一对行星齿轮、在外部与太阳齿轮啮合的第二对行星齿轮、联接到输入轴并同时连接第一对行星齿轮的第一齿轮架、适于相对于输入轴旋转并同时连接第二对行星齿轮的第二齿轮架、在内部与第一对和第二对行星齿轮啮合的环齿轮，和连接到环齿轮的输入轴。第二齿轮架插入到第一齿轮架中，同时由压缩构件支撑，使得第二齿轮架可相对于输入轴旋转以减小齿隙。

由Showalter发表的标题是“开环齿轮行星凸轮相位器(Split Ring Gear Planetary Cam Phaser)”并且在2014年6月19日公开的WO 2014/092963公开了一种用于相对于发动机曲轴动态地调节内燃发动机凸轮轴的旋转关系的凸轮相位器。凸轮相位器可包括具有开环齿轮的行星齿轮系统，所述开环齿轮包括由发动机曲轴通过环状回路动力传输部件驱动的链轮环齿轮和可连接以与凸轮轴一起旋转的凸轮轴环齿轮。太阳齿轮可与开环齿轮同轴定位，且多个行星齿轮可在太阳齿轮与开环齿轮之间啮合。凸轮轴环齿轮可具有大于或小于链轮环齿轮的不同数量的齿，相差对应于行星齿轮的数量的倍数的值，以在行星齿轮中的每一个行星齿轮的啮合位置处提供齿对准。

技术实现要素：

一种开环行星齿轮驱动器，其用于发动机或与电相位器一起使用。开环行星齿轮驱动器包括太阳齿轮、多个行星齿轮、链轮环齿轮、凸轮轴环齿轮，以及至少一个弹簧。太阳齿轮被驱动为围绕太阳轴旋转，太阳齿轮由多个太阳齿轮齿组成。多个行星齿轮围绕太阳齿轮布置，其中每一个行星齿轮由保持行星齿轮与太阳齿轮齿啮合的多个行星齿组成。链轮环齿轮由曲轴驱动并且由保持链轮环齿轮与行星齿轮中的每一个行星齿轮的行 星齿轮齿啮合的多个链轮环齿轮齿组成。凸轮轴环齿轮可与凸轮轴一起旋转，并且由保持凸轮轴环齿轮与行星齿轮中的每一个行星齿轮的行星齿轮齿啮合的多个凸轮轴环齿轮齿组成。弹簧将多个行星齿偏置为与链轮环齿轮齿和凸轮轴环齿轮齿啮合。

在一个实施例中，弹簧可以用作行星架并且通过至少一个弹簧与其中多个行星齿轮在其上旋转的销的啮合而将多个行星齿轮联接在一起。

在替代实施例中，开环行星驱动器可包括通过销联接多个行星齿轮的刚性行星齿轮架，其中行星齿轮中的每一个行星齿轮可围绕销旋转。行星齿轮架包括用于容纳销的径向延伸狭槽，其中销可在狭槽内径向移动。在该实施例中，弹簧可存在于行星架和多个行星齿轮之间。可替代地，弹簧正好邻近行星架。

在另一个实施例中，开环齿轮驱动器为单环齿轮驱动器。

开环齿轮驱动器和单环齿轮驱动器可与具有电动机的电相位器一起使用。电相位器可相对于发动机曲轴动态地调节内燃发动机凸轮轴的旋转关系。

附图说明

图1示出了第一实施例的行星架的正视图，其具有狭槽、行星齿轮、太阳齿轮和邻近行星架的弹簧。

图2示出了电相位器的示意图，包括沿线2-2截取的图1的行星驱动系统的横截面图。

图3示出了第一实施例的行星架的截面图，其具有狭槽、行星齿轮、太阳齿轮和弹簧。

图4示出了第二实施例的行星架的正视图，其具有狭槽、行星齿轮、太阳齿轮以及位于行星架和行星齿轮之间的弹簧。

图5示出了电相位器的示意图，包括沿线5-5截取的图4的行星驱动系统的横截面图。

图6示出了第二实施例的行星架的截面图，其具有狭槽、行星齿轮、太阳齿轮和弹簧。

图7示出了第三实施例的行星驱动系统的透视图。

图8示出了电相位器的示意图，包括沿线8-8截取的图7的行星驱动系统的横截面图。

图9示出通过缺口防止弹簧的旋转。

图10示出通过对准弹簧端部以邻接销来防止弹簧的旋转。

图11示出了通过弹簧的钩子端与附加销的接合来防止弹簧的旋转。

图12示出了第四实施例的行星驱动器的示意图，其具有单环齿轮和弹簧加载的行星。

具体实施方式

电相位器相对于发动机曲轴动态地调节内燃发动机凸轮轴的旋转关系。电相位器包括由电动机驱动的行星驱动系统。行星驱动系统可以是开环行星驱动系统，其具有由发动机曲轴驱动的链轮环齿轮和与太阳齿轮同轴并连接到凸轮轴的凸轮轴环齿轮。行星驱动系统可包括位于中心的太阳齿轮和接合太阳齿轮的多个行星齿轮。在一个实施例中，刚性行星架可存在以将行星齿轮连接在一起。在其它实施例中，非刚性行星架可用于将行星齿轮连接在一起。行星齿轮彼此相对加载，以减少行星驱动系统中的齿隙。电机优选地为无刷直流电机。

尽管通过使用高度精确的磨削齿轮可显著减少齿隙和噪声、振动和不平顺性(NVH)，但这通常会使得齿轮的制造成本高得无法接受。齿轮加载在此用于通过使用制造成本更为便宜的低精确齿轮来减少齿隙和NVH。

单环行星系统和开环行星系统之间的主要区别之一为开环行星系统中环和行星之间的齿隙的显著性。真正的圆周向加载能够消除单环行星驱动器中所有的齿隙，除了行星轴到行星齿轮的轴承间隙。相反，真正的圆周向加载能够消除开环行星驱动器中大部分的齿隙，而不是全部间隙，因 为齿宽度在两个环齿轮之间并非完美地匹配。

在凸轮轴环齿轮和链轮环齿轮之间具有齿计数差。当太阳齿轮以与凸轮轴不同的速度旋转时，由于齿计数差凸轮轴环齿轮以与链轮环齿轮稍不同的速度移动。

在一些实施例中，电动机连接到太阳齿轮以相对于行星齿轮驱动太阳齿轮。当电动机以与链轮环齿轮相同的速度旋转太阳齿轮时，恒定相位保持在曲轴和凸轮轴之间。在这些条件下，行星齿轮组件作为一个单元旋转，其中在太阳齿轮和行星齿轮之间或行星齿轮和环齿轮之间没有相对移动，这使得摩擦损耗最小化。相对于链轮环齿轮/凸轮轴环齿轮/凸轮轴调节电动机速度调节了凸轮轴相对于曲轴的相位。当电动机以比凸轮轴速度更快的速度旋转太阳齿轮时，相位器在延迟方向上移动。当电动机以比凸轮轴速度更慢的速度旋转太阳齿轮时，相位器在前进方向上移动。

链轮环齿轮、凸轮轴环齿轮、行星齿轮和太阳齿轮以行星齿轮驱动连接布置，该行星齿轮驱动连接优选地具有高数值齿轮比，以允许精确的相位角调节，而对于电动机的驱动扭矩要求相对较低。链轮环齿轮优选地通过链轮和循环动力传动链由发动机曲轴驱动，且凸轮轴环齿轮优选地连接以与凸轮轴一起旋转。

行星齿轮可以以多种不同的方式中的任何一种彼此相对加载，以减小行星齿轮驱动系统中的齿隙。

减小环齿轮和行星齿轮之间的齿隙的一个解决方案是添加弹簧，以沿径向方向作用在行星齿轮或行星销上。弹簧能采用大弹性卡环或C形夹子的形式，该大弹性卡环或C形夹子压缩在组件处并且将向外的力施加在行星齿轮上。行星齿轮可经由销联接至行星架。销可以在刚性行星架中位于径向狭槽中。可替代地，弹簧自身能在将行星齿轮联接在一起时用作支架。环齿轮和行星齿轮的任何不圆度将容易使两个柔性齿轮之间的间隙在不发生粘连的情况下略微改变。弹性率可被调节，因此增加的阻力可最小化，并且仍提供有效的齿隙和噪声减缓解决方案。

图1示出了开环齿轮行星驱动器10，其包括具有行星齿轮齿18、20、 22的行星齿轮12、14、16，具有太阳齿轮齿26的居中太阳齿轮24，以及包括链轮环齿轮30和凸轮轴环齿轮32的开环齿轮。环齿轮30、32具有不同数量的齿34、36，其中齿的数量差是行星齿轮12、14、16的数量的倍数。环齿轮齿34、36具有轮廓以允许环齿轮30、32与行星齿轮12、14、16正确地啮合。行星齿轮12、14、16通过行星架38彼此保持固定关系。行星架38具有容纳销11、13、15的槽151、153、155，其将行星齿轮12、14、16联接至行星架38。行星齿轮12、14、16在销11、13、15上旋转。销11、13、15在槽151、153、155内可沿径向方向46移动。

至少一个弹簧44在槽151、153、155内的径向方向46上偏置槽151、153、155内的销11、13、15，以使得行星齿轮12、14、16的齿18、20、22朝向环齿轮34、36的齿偏置，减小行星齿轮12、14、16和链轮环齿轮30之间以及行星齿轮12、14、16和凸轮轴环齿轮32之间的齿隙。

弹簧44优选地是C形。弹簧44的外圆周47通过其中行星齿轮12、14、16在其上旋转的销11、13、15来接触并且偏置所有三个行星齿轮12、14、16。

第二弹簧144可如图3所示存在，以使得来自弹簧44、144的偏置力存在于销11、13、15的两个端部上，这些销将行星齿轮12、14、16联接至行星架38。弹簧44、144邻近于行星架38的外表面。弹簧44、144的外圆周47、147通过其中行星齿轮12、14、16在其上旋转的销11、13、15来接触并且偏置所有三个行星齿轮12、14、16。弹簧44、144的外圆周47、147可容纳在销11、13、15的缺口9中。

参考图2，发动机曲轴50通过正时链52旋转地啮合到穿过链轮54的链轮环齿轮30，且发动机凸轮轴56旋转地啮合到凸轮轴环齿轮32。电动机58借助于输出轴60与太阳齿轮24旋转地啮合。当太阳齿轮24由电动机58围绕其轴线62以与环齿轮30、32中的任一个相同的速度旋转时，因为环齿轮30、32两者一致旋转，所以保持恒定凸轮相位置。当太阳齿轮24以不同于环齿轮30、32的速度由电动机58驱动时，一个环齿轮稍微不同于另一个环齿轮的速度产生凸轮相移功能。以这种方式，获得极高数值比且将凸轮轴56定相为加上曲轴50与凸轮轴56的标称旋转关系或 从所述标称旋转关系减去。

凸轮相位器优选地用于动态地调节凸轮轴56与发动机曲轴50的旋转关系，以改进发动机的燃料效率。传感器64、65(一个在曲轴50上且一个在凸轮轴56上)优选地用作对电机控制器66的反馈，以测量凸轮轴56相对于曲轴50的当前位置，以确定任何时刻需要进行何种调节(如果有的话)来实现最优的发动机效率。

图4-6示出至少一个弹簧44的替代布置。在图4-6中，至少一个弹簧44存在于行星架38和行星齿轮12、14之间，而不是仅邻近于行星架38。行星架38具有容纳销11、13、15的狭槽151、153、155，这些销将行星齿轮12、14、16联接至行星架138。销11、13、15在狭槽151、153、155内的圆周向方向48上可移动。行星齿轮12、14、16在销11、13、15上旋转。至少一个弹簧44在槽151、153、155内的圆周向方向48上偏置槽151、153、155内的销11、13、15，以使得行星齿轮12、14、16的齿18、20、22朝向环齿轮34、36的齿偏置，消除在行星齿轮12、14、16和环齿轮30、32之间的齿隙。第二弹簧144可如图6所示存在，以使得来自弹簧44、144的偏置力在销11、13、15的两个端部附近存在，这些销将行星齿轮12、14、16联接至行星架38。弹簧44、144的外圆周47、147通过其中行星齿轮12、14、16在其上旋转的销11、13、15来接触并且偏置所有三个行星齿轮12、14、16。

参考图5，发动机曲轴50通过正时链52旋转地啮合到穿过链轮54的链轮环齿轮30，且发动机凸轮轴56旋转地啮合到凸轮轴环齿轮32。电动机58借助于输出轴60与太阳齿轮24旋转地啮合。当太阳齿轮24由电动机58围绕其轴线62以与环齿轮30、32中的任一个相同的速度旋转时，因为环齿轮30、32两者一致旋转，所以保持恒定凸轮相位置。当太阳齿轮24以不同于环齿轮30、32的速度由电动机58驱动时，一个环齿轮的速度稍微不同于另一个环齿轮的速度产生凸轮相移功能。以这种方式，获得极高数值比且将凸轮轴56定相为加上曲轴50与凸轮轴56的标称旋转关系或从所述标称旋转关系减去。

凸轮相位器优选地用于动态地调节凸轮轴56与发动机曲轴50的旋转 关系，以改进发动机的燃料效率。传感器64、65(一个在曲轴50上且一个在凸轮轴56上)优选地用作对电机控制器66的反馈，以测量凸轮轴56相对于曲轴50的当前位置，以确定任何时刻需要进行何种调节(如果有的话)来实现最优发动机效率。

图7到图8示出了交替开环齿轮行星驱动器310，其包括具有行星齿轮齿18、20、22的行星齿轮12、14、16、具有太阳齿轮齿26的居中太阳齿轮24，以及包括链轮环齿轮30和凸轮轴环齿轮32的开环齿轮。环齿轮30、32具有不同数量的齿34、36，其中齿的数量差是行星齿轮12、14、16的数量的倍数。环齿轮齿34、36具有轮廓以允许环齿轮30、32与行星齿轮12、14、16正确地啮合。行星齿轮12、14、16通过至少第一弹簧344彼此保持成某种关系。第一弹簧344优选地是C形并且可以是卡环或C形夹子。弹簧344的外圆周347通过其中行星齿轮12、14、16在其上旋转的销11、13、15来接触并且偏置所有三个行星齿轮12、14、16。第二弹簧345可以存在于与第一弹簧344对准的行星驱动器的背侧上，以帮助保持行星齿轮12、14、16之间的关系。

存在至少一个弹簧44以将行星齿轮12、14、16偏置在圆周方向48上，且部分地偏置在径向方向46上，使得行星齿轮12、14、16的齿18、20、22朝环齿轮34、36的齿偏置，消除行星齿轮与太阳齿轮24之间的齿隙。销11、13、15可以具有盖70，其提供其中第一弹簧344和/或第二弹簧345可啮合销的表面。

参考图8，发动机曲轴50通过正时链52旋转地啮合到穿过链轮54的链轮环齿轮30，且发动机凸轮轴56旋转地啮合到凸轮轴环齿轮32。电动机58借助于输出轴60与太阳齿轮24旋转地啮合。当太阳齿轮24由电动机58围绕其轴线62以与环齿轮30、32中的任一个相同的速度旋转时，因为环齿轮30、32两者一致旋转，所以保持恒定凸轮相位置。当太阳齿轮24以不同于环齿轮30、32的速度由电动机58驱动时，一个环齿轮的速度稍微不同于另一个环齿轮的速度产生凸轮相移功能。以这种方式，获得极高数值比且将凸轮轴56定相为加上曲轴50与凸轮轴56的标称旋转关系或从所述标称旋转关系减去。

凸轮相位器优选地用于动态地调节凸轮轴56与发动机曲轴50的旋转关系，以改进发动机的燃料效率。传感器64、65(一个在曲轴50上且一个在凸轮轴56上)优选地用作对电机控制器66的反馈，以测量凸轮轴56相对于曲轴50的当前位置，以确定任何时刻需要进行何种调节(如果有的话)来实现最优发动机效率。

图12示出了单环行星驱动器，其包括具有行星齿轮齿18、20、22的行星齿轮12、14、16，具有太阳齿轮齿26的居中太阳齿轮24，以及单环齿轮430。环齿轮430具有多个环齿轮齿434，其保持环齿轮430与行星齿轮12、14、16中的每一个行星齿轮的行星齿轮齿18、20、22啮合。

行星齿轮12、14、16通过至少第一弹簧44 4彼此保持成某种关系。第一弹簧444将行星齿轮12、14、16的行星齿轮齿18、20、22偏置成与环齿轮430的环齿轮齿434啮合。第一弹簧444优选地是C形并且可以是卡环或C夹子。弹簧444的外圆周447通过其中行星齿轮12、14、16在其上旋转的销11、13、15来接触并且偏置所有三个行星齿轮12、14、16。第二弹簧(未示出)可以存在于与第一弹簧444对准的行星驱动器的背侧上，以帮助保持行星齿轮12、14、16之间的关系。当太阳齿轮24旋转时，行星齿轮12、14、16相对于环齿轮430旋转。弹簧444减小行星齿轮齿18、20、22与环齿轮齿434之间的齿轮齿隙。

上述实施例中的任一个中的弹簧44、144、344、345、445可以通过旋转防止器而防止旋转。旋转防止器可以是形成在C形弹簧的端部附近的缺口80，其可如图9中所示，容纳联接到行星齿轮12的销11。联接到其他行星14、16的其他销13、15用于将弹簧保持在适当位置。

在如图10中所示的替代实施例中，C形弹簧44、144、344、345、455的端部81、82可位于联接至行星齿轮12的销11的相对侧上，相对于销13、15限制弹簧的旋转。联接至开环齿轮行星驱动器的其他行星14、16的其他销13、15可用于将弹簧保持在适当位置。

在另一个实施例中，如图11所示，弹簧44、144、344、345、455的至少一个端部83可以是钩形。另外的销90可以相对于钩形端83放置，防止弹簧的旋转。尽管销11用作由缺口80所容纳并放置在弹簧的端部83、 84之间的销，但是其它销13、15可代替销11使用。

应当注意，随着弹簧可以挤压在一起，在需要的地方插入并且然后释放到位，使用c形夹子弹簧或卡环易于在开环行星齿轮驱动器或单环齿轮驱动器上安装。

因此，应当理解，这里描述的本发明的实施例仅是说明本发明的原理的应用。对所说明实施例细节的引用并不旨在对权利要求范围的限制，权利要求自身所叙述的特征认为是本发明的实质。