CN112081885A - 一种风扇调速装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机动力驱动风扇技术领域，公开了一种风扇调速装置，包括输出轴、单向轴承、输入轴、离合器、内齿圈和行星齿轮机构，单向轴承套设于输出轴的外侧，输入轴套设于单向轴承的外侧，输入轴通过单向轴承能够带动输出轴沿一个方向转动，离合器包括定轮和动轮，内齿圈连接于输入轴，行星齿轮机构设置于内齿圈中，包括太阳轮和围绕太阳轮均布设置的多个行星轮组，太阳轮固连于输出轴，动轮作为行星架，一个行星轮组包括两个相互啮合且分别转动连接于动轮的行星轮，一个行星轮组的两个行星轮中，一个与太阳轮相啮合，另一个与内齿圈相啮合。本发明相比于皮带轮和皮带相配合的升速机构，结构更加简单，重量更加轻便。

Description

一种风扇调速装置

技术领域

本发明涉及发动机动力驱动风扇技术领域，尤其涉及一种风扇调速装置。

背景技术

随着排放标准升级、发动机动力不断提升，一方面废气再循环(Exhaust Gas Re-circulation，EGR)等新的附件系统带来了更多的散热量，另一方面整车冷却系统布置空间越来越紧凑，从而需要在更紧凑的空间里进一步提升冷却系统的散热能力。

冷却系统散热能力的提升通常会从“水”和“气”两方面考虑。“水”指的是冷却液本身，载体是散热器，通常通过提高散热器的散热面积来提高散热能力，但是此种方式受整车布置空间限制较大，实现难度大。“气”指的冷却空气，冷却空气流量越大，热交换效率越高，通常通过加大风扇额定流量来提高散热能力。

加大风扇额定流量有两种方式：一种是加大风扇直径，这种方式同样受整车布置空间限制较大，不容易实现；另一种是提高风扇转速。

传统发动机动力驱动的风扇一般分为曲轴直连风扇和升速风扇。曲轴直连风扇目前大多依靠风扇离合器控制风扇转速，风扇最高转速不大于发动机曲轴转速；升速风扇有高置风扇、曲轴升速风扇等形式，多由皮带、皮带轮机构组成，可实现风扇速比大于1，即风扇最高转速大于发动机曲轴转速。但是速比一般不会大于1.4，因为目前的升速机构速比是固定不变的，这就导致风扇啮合过程中转速速比变化范围过大，过大的速比变化范围会导致风扇离合器超出本身滑差要求，例如硅油风扇离合器滑差要求不大于8％，否则硅油会过热导致故障。另外更大的速比会导致发动机皮带、皮带轮升速机构更容易打滑、失效。

本发明提出了一种基于双排行星齿轮机构的可变速比风扇升速离合器方案，该方案可实现以下目标：

1、更大的风扇速比：可实现1.5以上的风扇速比；

2、实现可变速比：可以实现风扇速比从1到设计最高速比之间变化，这样就避免了风扇离合器在较大速比变化范围内啮合，从而避免了风扇离合器啮合过程超出本身滑差要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风扇调速装置，能够更加安全地提高风扇的速比。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种风扇调速装置，包括：

输出轴；

单向轴承，套设于所述输出轴的外侧；

输入轴，套设于所述单向轴承的外侧，所述输入轴通过所述单向轴承能够带动所述输出轴沿一个方向转动；

离合器，包括定轮和动轮；

内齿圈，连接于所述输入轴；

行星齿轮机构，设置于所述内齿圈中，包括太阳轮和围绕所述太阳轮均布设置的多个行星轮组，所述太阳轮固连于所述输出轴，所述动轮作为行星架，一个所述行星轮组包括两个相互啮合且分别转动连接于所述动轮的行星轮，一个所述行星轮组的两个所述行星轮中，一个与所述太阳轮相啮合，另一个与所述内齿圈相啮合。

作为优选，所述动轮上设置有过孔，所述输出轴穿设于所述过孔中，所述定轮和所述行星齿轮机构分别位于所述动轮的两侧。

作为优选，所述离合器为电控硅油离合器。

作为优选，所述内齿圈和所述太阳轮的齿数的比值范围为6/4—7/4。

作为优选，还包括固定机构，所述定轮通过固定机构安装于发动机的机体上。

作为优选，所述固定机构包括后壳和支架，所述后壳通过所述支架安装于发动机的机体上，所述定轮与所述后壳围设形成容置腔，所述输出轴、所述单向轴承、所述输入轴、所述内齿圈和所述行星齿轮机构均安装于所述容置腔中，所述输出轴从所述定轮中穿出，所述输入轴从所述后壳中穿出。

作为优选，所述定轮上设置有第一凸台，所述第一凸台上设置有第一安装孔，所述后壳上设置有第二凸台，所述第二凸台上设置有第二安装孔，所述第一凸台和所述第二凸台相互贴合，所述第一安装孔和所述第二安装孔正对连通。

作为优选，所述后壳上还设置有第三凸台，所述支架连接于所述第三凸台。

作为优选，所述支架设置有两个，两个所述支架对称连接于所述后壳的两侧。

作为优选，所述第三凸台设置有四个，每个所述支架连接于两个所述第三凸台。

本发明的有益效果：

在输入轴上设置内齿圈，在离合器和输出轴上设置行星齿轮机构，再通过单向轴承将输入轴和输出轴单向联动，使得在离合器分离时，单向轴承锁死，输入轴带动输出轴同步转动，输出轴与输入轴的速比为1，在离合器啮合时，通过行星齿轮机构，输出轴实现超越输入轴的同向转速，单向轴承打开，从而达到输出轴与输入轴速比的提升，相比于皮带轮和皮带相配合的升速机构，结构更加简单，重量更加轻便，在对风扇进行驱动时，相当于对风扇后部流场进行了优化，使得风扇的背压减小、效率提高，进一步提升了散热系统的效率。

附图说明

图1是本发明实施例所述的风扇调速装置的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的风扇调速装置省略支架后的结构示意图；

图3是图2所示的结构一个位向的爆炸图；

图4是图2所示的结构另一位向的爆炸图；

图5是本发明实施例所述的风扇调速装置动力传输结构简图。

图中：

1、输出轴；

2、单向轴承；

3、输入轴；

4、离合器；41、定轮；411、第一凸台；42、动轮；

5、内齿圈；

6、行星齿轮机构；61、太阳轮；62、行星轮；

7、固定机构；71、后壳；711、第二凸台；712、第三凸台；72、支架。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-图5所示，本发明提供了一种风扇调速装置，包括输出轴1、单向轴承2、输入轴3、离合器4、内齿圈5和行星齿轮机构6。其中，单向轴承2套设于输出轴1的外侧，输入轴3套设于单向轴承2的外侧，输入轴3通过单向轴承2能够带动输出轴1沿一个方向转动，离合器4包括定轮41和动轮42，内齿圈5连接于输入轴3，行星齿轮机构6设置于内齿圈5中，包括太阳轮61和围绕太阳轮61均布设置的多个行星轮组，太阳轮61固连于输出轴1，动轮42作为行星架，一个行星轮组包括两个相互啮合且分别转动连接于动轮42的行星轮62，一个行星轮组的两个行星轮62中，一个与太阳轮61相啮合，另一个与内齿圈5相啮合。

本发明中，在输入轴3上设置内齿圈5，在离合器4和输出轴1上设置行星齿轮机构6，再通过单向轴承2将输入轴3和输出轴1单向联动，使得在离合器4分离时，单向轴承2锁死，输入轴3带动输出轴1同步转动，输出轴1与输入轴3的速比为1，在离合器4啮合时，通过行星齿轮机构6，输出轴1实现超越输入轴3的同向转速，单向轴承2打开，从而达到输出轴1与输入轴3速比的提升，相比于皮带轮和皮带相配合的升速机构，结构更加简单，重量更加轻便，在对风扇进行驱动时，相当于对风扇后部流场进行了优化，使得风扇的背压减小、效率提高，进一步提升了散热系统的效率。

具体地，动轮42上设置有过孔，输出轴1穿设于过孔中，定轮41和行星齿轮机构6分别位于动轮42的两侧。上述设置，使得从输入轴3到行星齿轮机构6的动力输送更加平稳可靠。

在本实施例中，离合器4为电控硅油离合器，在允许的滑差范围内控制硅油进入离合器4的量，就可以控制离合器4的定轮41和动轮42之间不同的相对转速，通过数据标定，实际应用中就可以根据工况要求，对输出轴1和输入轴3之间的速比进行精确控制，实现无级变速，从而在散热能力与风扇功耗之间达到更好的平衡。

上述电控硅油离合器为本领域中的常规装置，其具体的结构和工作原理在此不再赘述。除电控硅油离合器外，离合器4还可以是其它的液力耦合式或摩擦离合式平面摩擦、锥面摩擦等形式不限的离合器。

更为具体地，内齿圈5和太阳轮61的齿数的比值范围为6/4—7/4。在本实施例中，内齿圈5与太阳轮61齿数比为65：43，升速速比约为1.51，除此之外，还可以根据实际需求进行灵活设计。

可选择地，风扇调速装置，还包括固定机构7，定轮41通过固定机构7安装于发动机的机体上。

具体地，固定机构7包括后壳71和支架72，后壳71通过支架72安装于发动机的机体上，定轮41与后壳71围设形成容置腔，输出轴1、单向轴承2、输入轴3、内齿圈5和行星齿轮机构6均安装于容置腔中，输出轴1从定轮41中穿出连接于风扇总成的输入端，输入轴3从后壳71中穿出连接于发动机的曲轴。

在本实施例中，输入轴3通过过渡法兰与曲轴相连，上述过渡法兰非必需，可根据实际装配情况确定是否与输入轴3做成一体。

输出轴1与风扇总成之间通过螺纹、法兰连接的方式进行连接：从发动机机体向风扇总成看，风扇的旋转方向为逆时针，输出轴1与风扇总成连接的螺纹也是逆时针方向为打紧方向，这样在风扇工作过程中可实现螺纹的自紧功能。

更为具体地，定轮41上设置有第一凸台411，第一凸台411上设置有第一安装孔，后壳71上设置有第二凸台711，第二凸台711上设置有第二安装孔，第一凸台411和第二凸台711相互贴合，第一安装孔和第二安装孔正对连通，通过连接于第一安装孔和第二安装孔的紧固件将定轮41和后壳71连接为一体。

具体地，后壳71上还设置有第三凸台712，支架72连接于第三凸台712，第三凸台712和支架72上分别设置有连接孔，紧固件穿设于二者的连接孔中将二者固连。

更为具体地，支架72设置有两个，两个支架72对称连接于后壳71的两侧。两个对称的支架72的设置，使得后壳71的固定更加稳定可靠。

在本实施例中，第三凸台712设置有四个，每个支架72连接于两个第三凸台712，四个第三凸台712位于后壳71的外周的四角位置处，通过与两个支架72相连，使得风扇调速装置的安装更加平衡。

在实际工作中，如图5所示：

离合器4的定轮41和动轮42分离状态：当检测到发动机水温不高，不需要风扇调速装置参与工作时，离合器4为断开状态，此时，动力从曲轴通过输入轴3输入，经过单向轴承2直接传输到输出轴1，此时单向轴承2锁死，再经过输出轴1传递给风扇总成，此时输出轴1和输入轴3之间没有转速差，风扇调速装置除了定轮41和后壳71之外，所有部件都在围绕输入轴3的中心轴线做与发动机的曲轴相同角速度的转动。

此时的风扇调速装置相当于一个刚性的风扇过渡法兰。风扇总成可根据散热系统的需要，利用自己本身的电控离合装置来控制风扇转速以达到和维持散热系统的热平衡状态。

离合器4的定轮41和动轮42啮合状态：当风扇总成本身的电控离合装置全啮合之后，发动机的散热量仍持续增加，此时的风扇转速已不能满足需求，此时控制系统发出指令，风扇调速装置中的离合器4啮合。

此时动力经输入轴3输入，经过行星齿轮传递到输出轴1，由于离合器4啮合，作为行星架的动轮42被固定，输入轴3带动内齿圈5转动会被行星齿轮机构6转化成同向转动，并传输到齿数更少的输出轴1上，实现转速同轴提升，此时的单向轴承2内外圈转动方向与输入轴3和输出轴1之间转动方向相同且输出轴1转速高于输入轴3，单向轴承2打开，从而系统实现输出轴1与输入轴3之间速比大于1的转速差。

在上述控制策略中，当风扇调速装置开始啮合时，风扇总成本身的电控离合装置必须已经完全啮合，此时再对风扇总成整体进行升速，从而使得风扇本身的电控离合装置的滑差不会产生太大变化，可以满足滑差要求，这也是本申请的风扇调速装置机构的一个优点，即在提升风扇速比的同时不需要太多的考虑升速对原有风扇总成特别是风扇本身的电控离合装置的影响。

通过上述控制策略可以看出，与传统的带轮曲轴升速结构相比，本申请的风扇调速装置对发动机前端轮系的要求更加简单，可以至少取消一个中间皮带轮支架、三个皮带轮、两根皮带，整体重量更有优势，且发动机前端系统简化后相当于对风扇后部流场进行了优化，风扇背压减小，风扇的效率提高，对散热系统效率会有更进一步的提升。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风扇调速装置，其特征在于，包括：

输出轴(1)；

单向轴承(2)，套设于所述输出轴(1)的外侧；

输入轴(3)，套设于所述单向轴承(2)的外侧，所述输入轴(3)通过所述单向轴承(2)能够带动所述输出轴(1)沿一个方向转动；

离合器(4)，包括定轮(41)和动轮(42)；

内齿圈(5)，连接于所述输入轴(3)；

行星齿轮机构(6)，设置于所述内齿圈(5)中，包括太阳轮(61)和围绕所述太阳轮(61)均布设置的多个行星轮组，所述太阳轮(61)固连于所述输出轴(1)，所述动轮(42)作为行星架，一个所述行星轮组包括两个相互啮合且分别转动连接于所述动轮(42)的行星轮(62)，一个所述行星轮组的两个所述行星轮(62)中，一个与所述太阳轮(61)相啮合，另一个与所述内齿圈(5)相啮合。

2.根据权利要求1所述的风扇调速装置，其特征在于，所述动轮(42)上设置有过孔，所述输出轴(1)穿设于所述过孔中，所述定轮(41)和所述行星齿轮机构(6)分别位于所述动轮(42)的两侧。

3.根据权利要求1所述的风扇调速装置，其特征在于，所述离合器(4)为电控硅油离合器。

4.根据权利要求1所述的风扇调速装置，其特征在于，所述内齿圈(5)和所述太阳轮(61)的齿数的比值范围为6/4—7/4。

5.根据权利要求1-3任一所述的风扇调速装置，其特征在于，还包括固定机构(7)，所述定轮(41)通过固定机构(7)安装于发动机的机体上。

6.根据权利要求5所述的风扇调速装置，其特征在于，所述固定机构(7)包括后壳(71)和支架(72)，所述后壳(71)通过所述支架(72)安装于发动机的机体上，所述定轮(41)与所述后壳(71)围设形成容置腔，所述输出轴(1)、所述单向轴承(2)、所述输入轴(3)、所述内齿圈(5)和所述行星齿轮机构(6)均安装于所述容置腔中，所述输出轴(1)从所述定轮(41)中穿出，所述输入轴(3)从所述后壳(71)中穿出。

7.根据权利要求6所述的风扇调速装置，其特征在于，所述定轮(41)上设置有第一凸台(411)，所述第一凸台(411)上设置有第一安装孔，所述后壳(71)上设置有第二凸台(711)，所述第二凸台(711)上设置有第二安装孔，所述第一凸台(411)和所述第二凸台(711)相互贴合，所述第一安装孔和所述第二安装孔正对连通。

8.根据权利要求6所述的风扇调速装置，其特征在于，所述后壳(71)上还设置有第三凸台(712)，所述支架(72)连接于所述第三凸台(712)。

9.根据权利要求8所述的风扇调速装置，其特征在于，所述支架(72)设置有两个，两个所述支架(72)对称连接于所述后壳(71)的两侧。

10.根据权利要求5所述的风扇调速装置，其特征在于，所述第三凸台(712)设置有四个，每个所述支架(72)连接于两个所述第三凸台(712)。

Images