本發(fā)明涉及一種車橋、尤其是例如卡車的重型車輛的車橋的輪轂減速機構。

背景

為了有效地利用內(nèi)燃發(fā)動機的輸出，機動車輛通常配備有具有多個速度比的齒輪傳動。在使用中，這些速度比是以漸進的方式逐一選擇的，并且允許車輛具有所希望的加速度、巡行速度和燃料經(jīng)濟性的平衡。典型地，重型車輛的從動車軸還提供了固定的速度比，由此通過小齒輪和冠齒輪來減小輸入(傳動軸)速度，使得輸出(側軸)速度更低；這個進一步的比率降低可以在3:1至5:1范圍內(nèi)。

在某些情況下，在后車橋中提供的固定比率速度降低是不夠的，尤其是在需要以可控的方式在發(fā)動機速度的使用范圍內(nèi)緩慢移動的重型車輛的情況下?？傮w上來說，不希望在冠齒輪和小齒輪處提供更大的速度降低，因為小齒輪對于傳遞所需要的轉(zhuǎn)矩而言太小、或者冠齒輪太大使得離地間隙不夠。

為了解決這種問題，已經(jīng)提出在車橋的車輪末端處提供輪轂減速機構。典型地，將周轉(zhuǎn)齒輪組結合在各個車輪輪轂中，由此通過相應的側軸來驅(qū)動太陽齒輪，環(huán)被連接到車橋(側軸)殼體上，并且行星架被聯(lián)接到可旋轉(zhuǎn)的輸出部件(即，車輪輪轂、制動鼓和負重輪)上。

緊湊的輪轂減速機構可以結合在尤其提供雙輪的車橋的每個末端處并且還可以允許減小冠齒輪和小齒輪的比率，因此準許更加魯棒的小齒輪和更小直徑的冠齒輪。

輪轂減速機構的周轉(zhuǎn)齒輪可以包括圓柱齒輪。這種安排是軸向緊湊的，但在徑向上由對應的車輛車輪的中心的孔口限制。為此原因，并且還為了確保小齒輪具有足夠的強度，可用的輪轂減速比的范圍約在3:1至6:1范圍內(nèi)。

具有由相應的側軸驅(qū)動的環(huán)的替代圓柱齒輪安排能給出約1.2:1至1.5:1的比率范圍。因此圓柱齒輪不提供輪轂減速比的連續(xù)擴展。

還可以提供具有多個常規(guī)錐形齒輪的輪轂減速機構。這種安排與圓柱齒輪相比徑向緊湊，但占據(jù)更多軸向空間。出于小齒輪尺寸的實際原因，使用常規(guī)錐形齒輪的輪轂減速比的可用范圍為約1.5:1至3:1。

從上述內(nèi)容中可以理解的是，不能通過圓柱齒輪或錐形齒輪提供全部范圍的所希望的速度減速比。另一方面，不希望具有帶基本上不同的徑向和軸向空間約束的兩種不同的輪轂減速機構。

因此，將有利地擴大已知輪轂減速機構中的一種或另一種的比率范圍，以便幫助具有更多常見部件的驅(qū)動車橋。

概述

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種車橋的輪轂減速機構，該輪轂減速機構包括被適配成由車橋側軸驅(qū)動的錐形太陽齒輪、與該錐形太陽齒輪嚙合的多個錐形行星齒輪、被適配成驅(qū)動車輛車輪的行星架、以及與這些錐形行星齒輪嚙合并且被適配用于連接至車橋側軸殼體的內(nèi)部錐形齒輪環(huán)。

由內(nèi)部錐形齒輪，我們指內(nèi)部凹陷的齒輪，其中徑向外齒部分相對高于徑向內(nèi)齒部分。

對內(nèi)部錐形齒輪的使用允許將輪轂減速錐形齒輪比的范圍增加至6:1，該比率范圍之前只能由圓柱齒輪提供。因此，結合本發(fā)明的錐形齒輪輪轂減速比的全部范圍為約1.5:1至6:1。

有利地，這些錐形齒輪具有多個直齒，并且因此可以通過精密鍛造來形成。

本發(fā)明的其他特征將從所附權利要求書中變得清楚。

附圖簡要說明

通過以下僅在附圖中以舉例方式展示的若干實施例的說明，將會明了本發(fā)明的其他特征，在附圖中：

圖1以側視圖展示了示例非公路卡車。

圖2在平面中展示了用于圖1的卡車的示例驅(qū)動車橋。

圖3在軸向截面中展示了現(xiàn)有技術的結合圓柱齒輪的輪轂減速機構的示意性表示。

圖4在軸向截面中展示了根據(jù)本發(fā)明的輪轂減速機構。

圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的另一個輪轂減速機構。

圖6是通過使用本發(fā)明可實現(xiàn)的一些不同的減速比的對比表格。

詳細說明

按照要求，本文披露了本發(fā)明的多個詳細實施例；然而，應該理解的是，所披露的這些實施例僅僅是本發(fā)明的能以不同形式和可替代形式實施的示例。這些附圖不必是按比例的；一些特征可以被夸大或者縮至最小以便示出具體部件的細節(jié)。因此，在此披露的具體的結構上和功能上的細節(jié)不得理解為是限制性的，而是僅作為教導本領域技術人員以不同方式采用本發(fā)明的代表性基礎。

圖1展示了一種示例非公路采礦卡車10，可以為其提供輪轂減速機構。該卡車包括駕駛室11、用于石頭或其他采礦材料的開放本體12、前轉(zhuǎn)向車橋13、兩個后驅(qū)動車橋14、15以及多個車輛車輪16。這種卡車通常需要在不平地形上在低速下承載重負載，并且為此原因，必須通過合適的齒輪傳動來減小發(fā)動機速度以實現(xiàn)所希望的車輪速度。

卡車10通?？梢允褂贸Ｒ?guī)的內(nèi)燃發(fā)動機和經(jīng)由開式傳動軸驅(qū)動輸出 至后車橋的變速齒輪傳動。在后車橋處，驅(qū)動經(jīng)由常規(guī)差動齒輪被劃分至后車輪，該常規(guī)差動齒輪結合了經(jīng)由冠齒輪和小齒輪的速度比減小。為了實現(xiàn)更大的速度比減小，在每個車輪輪轂中提供了減速機構。

其他種類的卡車和輪式車輛也可以結合輪轂減速機構。

圖2在平面圖中展示了典型的驅(qū)動車橋20。車橋殼體21將冠齒輪和小齒輪(未示出)與常規(guī)差動齒輪結合。驅(qū)動輸入是通過傳動軸22和萬向節(jié)23，其提供用于相對于車輛底盤的車軸懸掛運動。

相對的側軸外殼24(也可以稱為側軸殼體)可以結合并且支撐相應的可旋轉(zhuǎn)側軸(未示出)，這些可旋轉(zhuǎn)的側軸在相應的車輪輪轂中終止。每個輪轂通常包括制動鼓25，螺紋柱從該制動鼓突出以用于附接車輛車輪16。

典型地，傳動軸的驅(qū)動軸線27是在該車輛的縱向軸線上，并且與驅(qū)動車橋20的驅(qū)動軸線或旋轉(zhuǎn)軸線28正交。這些側軸通常具有相同的軸向長度，但是在一些情況下，該車橋殼體可以向一側偏置。

圖3示意性地展示了現(xiàn)有技術的包括圓柱齒輪的輪轂減速機構30。形成驅(qū)動車橋的一側的側軸外殼24在其內(nèi)包含由軸承(未示出)支撐的可旋轉(zhuǎn)側軸31。展示了側軸31的旋轉(zhuǎn)軸線28。

圓柱太陽齒輪32可以隨側軸31旋轉(zhuǎn)，并且常規(guī)地與多個等間隔的行星齒輪33嚙合，這些行星齒輪進而與圓柱環(huán)形齒輪或環(huán)34嚙合。環(huán)34被固定到側軸外殼24上并且因此相對不可移動。

慣常的行星架35被聯(lián)接到減速機構的輸出元件36上，在該行星架上的行星齒輪33是可旋轉(zhuǎn)的。輸出元件36通常是車輛制動鼓或其他可旋轉(zhuǎn)的輪轂構件，其進而連接至車輛的驅(qū)動車輪。

在使用中，側軸31和太陽齒輪32的旋轉(zhuǎn)致使這些行星齒輪33在(固定的)環(huán)34內(nèi)旋轉(zhuǎn)并且由此以相對減小的速度轉(zhuǎn)動行星架35。圓柱輪轂減速機構允許在3:1至6:1范圍內(nèi)的比率減小，但是如果齒輪齒強度不夠則小于3:1的比率是不可能的。

如上所述，錐形齒輪輪轂減速也是已知的，但是局限于在約1.5:1至3:1范圍內(nèi)的比率范圍。

圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的輪轂減速機構40。驅(qū)動車橋的側軸外殼24在其內(nèi)包含由軸承(未示出)支撐的可旋轉(zhuǎn)側軸31。展示了旋轉(zhuǎn)軸線28。

錐形太陽齒輪41可以隨側軸31旋轉(zhuǎn)，并且與多個等間隔的錐形行星齒輪42之一嚙合，其進而與錐形環(huán)形齒輪或環(huán)43嚙合。環(huán)43被固定到側軸外殼24上并且因此相對不可移動。

慣常的行星架44被聯(lián)接至輸出元件36，例如被多個圓錐滾子軸承46、47支撐用于在側軸外殼24上旋轉(zhuǎn)的車輪輪轂，在該行星架中的行星齒輪42可以通過多個行星銷45旋轉(zhuǎn)。車輪輪轂在使用中被聯(lián)接至一個或多個車輛驅(qū)動車輪。

還在圖4中展示的是，行星銷支撐件48、行星銷滾針軸承49、太陽齒輪止推軸承50、行星小齒輪止推軸承51和行星小齒輪止推墊圈52。在圖1的現(xiàn)有技術實例中可能需要這種支撐件和止推軸承，但被省略以改善清楚性。

圖2的錐形齒輪減速齒輪具有比圖1的圓柱減速齒輪相對較小的直徑，但是在旋轉(zhuǎn)軸線28的方向上相對較長。

在使用中，側軸31和太陽齒輪41的旋轉(zhuǎn)致使這些行星齒輪42在(固定的)環(huán)43內(nèi)旋轉(zhuǎn)并且由此以相對減小的速度轉(zhuǎn)動行星架44。

環(huán)43是內(nèi)部錐形齒輪，其中每個齒的徑向最外部分53具有比每個齒的徑向最內(nèi)部分54更大的高度，因此參照旋轉(zhuǎn)平面55給予錐形齒輪從齒輪齒側凹陷的外觀。

在本發(fā)明的實施例中，每個錐形齒輪齒都是直的，也就是說每個齒都成凹角56徑向延伸；這種齒形式可以是通過比對應的弧形齒更加容易地鍛造的和/或銑制的，如可以例如提供在螺旋齒輪上的。應理解的是，如果為環(huán)43選擇直齒形式，則太陽齒輪41和各個小齒輪需要具有用于有效齒輪齒嚙合的對應的齒形式。

內(nèi)部錐形齒輪環(huán)43允許比預先由外部錐形齒輪環(huán)可獲得的更寬范圍的輪轂減速比。

在太陽齒輪進行驅(qū)動、環(huán)被固定、并且輸出是來自行星架的輪轂減速機構的情況中，減速比是由以下公式確定的：

比率＝1+N_A/N_S

其中：

N_A是在環(huán)(環(huán)形)齒輪上的齒的數(shù)量，并且

N_S是在太陽齒輪上的齒的數(shù)量。

在行星齒輪上的齒的數(shù)量N_P是根據(jù)減速機構的幾何學來選擇的，但就其本身而言不影響齒輪比。

實例1

使用具有以下數(shù)量的齒的錐形齒輪可以實現(xiàn)3:1的減速比：

N_A＝40

N_P＝20

N_S＝20

在這種情況下：

在太陽齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線與行星小齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線之間的軸間角度SA_SP＝60°；

在環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸線與行星小齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線之間的軸間角度SA_AP＝120°；

太陽齒輪的節(jié)面角PA_S＝30°；

行星齒輪的節(jié)面角PA_P＝30°；并且

環(huán)的節(jié)面角PA_A＝90°。

實例2

使用具有以下數(shù)量的齒的錐形齒輪也可以實現(xiàn)3:1的減速比：

N_A＝40

N_P＝15

N_S＝20

在這種情況下：

SA_SP＝48.19°

SA_AP＝131.81°

PA_S＝27.75°

PA_P＝20.44°

PA_A＝111.37°

實例3

3:1的減速比的另一個實例使用具有以下數(shù)量的齒的錐形齒輪：

N_A＝40

N_P＝30

N_S＝20

在這種情況下：

SA_SP＝70.53°

SA_AP＝109.47°

PA_S＝27.21°

PA_P＝43.31°

PA_A＝66.16°

實例1至實例3展示了可以通過多種方式、根據(jù)由輪轂減速機構被包含在其內(nèi)的可用設計范圍強加的空間約束實現(xiàn)所希望的減速比。

實例4

通過使用具有以下數(shù)量的齒的錐形齒輪可以實現(xiàn)6:1的減速比：

N_A＝70

N_P＝30

N_S＝14

在這種情況下：

SA_SP＝21.039°

SA_PA＝158.961°

PA_S＝6.657°

PA_P＝14.383°

PA_A＝144.578°

圖5對應于圖4并且展示了實例4的給定6:1的減速比的安排；出于清楚的原因，省略了其他車橋構件，但是采用了共同的參考數(shù)字來標識相同的部分。

實例5

通過使用具有以下數(shù)量的齒的錐形齒輪可以實現(xiàn)4.5:1的減速比：

N_A＝70

N_P＝30

N_S＝20

在這種情況下：

SA_SP＝33.557°

SA_PA＝146.443°

PA_S＝13.328°

PA_P＝20.230°

PA_A＝126.213°

實例4和實例5展示了根據(jù)本發(fā)明可以實現(xiàn)的輪轂減速比的范圍。

在圖6中總結了實例1至實例5的值，該圖是以下各項的對比表格：減速比(R)、環(huán)齒的數(shù)量(N_A)；行星齒的數(shù)量(N_P)；太陽齒的數(shù)量(Ns)；在太陽與行星之間的軸間角度(SA_SP)；在行星與環(huán)之間的軸間角度(SA_PA)；環(huán)的節(jié)面角(PA_A)；行星的節(jié)面角(PA_P)和太陽的節(jié)面角(PA_S)。

當然可以設想其他比率，應理解的是，這些齒輪各自必須具有全部數(shù)量的齒。

雖然以上描述了多個示例性實施例，但不旨在使這些實施例來描述本發(fā)明的所有可能形式。而是，在本說明書中使用的這些言詞是說明而非限制的言詞，并且應理解的是可以做出不同的改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。另外，可以組合多種不同實現(xiàn)實施例的特征以形成本發(fā)明的另外的實施例。