CN101557958A - 用于履带式车辆的转向传动系统 - Google Patents

Abstract

差速转向传动系统包括传动差速器，该传动差速器相互连接用于履带的驱动轴和转向差速器，用于向履带叠加增加或者减少的旋转，用于转向和原地转弯。在用于高速履带车辆的优选实施例中，驱动差速器是全齿轮无离合器类型的限滑差速器，并且转向差速器是不限滑差速器。差速器设置成：沿着直路行进或者转弯时，如果至少一个履带具有牵引，提供不限滑的履带操作。在用于使得移动缓慢的越野车辆原地转弯的另一个实施例中，驱动和转向差速器均是全齿轮无离合器类型的限滑差速器。另外，两个实施例优选包括另外的左右侧全齿轮无离合器类型的限滑差速器，用于划分输送给与每个履带相关的相应对驱动车轴的扭矩。

Description

用于履带式车辆的转向传动系统

相关申请的引用

本PCT申请保护一项或多项发明，该发明在2007年10月25日提交的同时待审美国专利申请11/924,022中公开，名为“STEER DRIVE FORTRACKED VEHICLES”，该申请是2006年10月27日提交的名为“STEERDRIVE FOR TRACKED VEHICLES”同时待审申请11/553,592中的连续部分专利申请。上述申请在此引为参考。

技术领域

本发明涉及履带式车辆领域。更特别地，本发明涉及转向传动系统，转向传动系统具有用于在极低牵引力情形下提高履带式车辆性能的差速器。

背景技术

用于履带式车辆的差速转向系统是众所周知的。这种现有技术的履带转向系统通常标识为诸如“双差速器”、“转向传动系统”和“交叉驱动传动装置”，并且这些现有技术的转向系统同等地适用于不具有角度可调转动车轴的多轮越野车辆。在这种现有技术中，在美国专利No.4,776,235中公开的Gleasman转向传动系统已证明相对便宜并且可以在由Torvec，Inc制造的全地形履带式车辆(“

”)上进行的试验中非常有效。使用Gleasman转向传动系统，在以高速穿越铺砌的公路以及在横越越野地形时，与对于每个履带具有单独的左和右控制杆的更传统的推土机型驱动装置相比，操作者可以使用传统的方向盘很容易地使FTV车辆转向。

现有技术的教导指示出仅仅一些传统形式的非限滑(unlimited-slip)差动齿轮装置可以用在车辆的发动机和履带传动之间从而不损害传动轴的差速旋转。所有现有技术中用于履带式车辆的差速转向传动系统会在车辆的发动机和履带传动之间使用一些传统形式的非限滑差动齿轮装置。很显然，本领域技术人员已经相信，这种传动差速器必须是缺少任意的限滑设备的差速器。

在广泛的试验过程中，当FTV履带式车辆在包括具有非常低牵引力的部分的地形中转向时，已经注意到存在问题。例如，当车辆的一个履带穿越极软的泥土时，该履带有时会失去所有牵引力并且开始“滑动”。这类似于在具有传统非限滑差速器的卡车中发生的不希望的滑动，其中一组驱动轮开始在泥土、冰或雪上滑动。当FTV车辆转弯并且在车辆的一侧上的整个履带失去牵引力时，转弯就会中断。在其它类型的差动传动中，如果履带在转弯时继续滑动，车辆的驱动扭矩会完全失去。

如美国专利No.4,776,235所述，Gleasman转向传动系统是“无滑动的”，只要履带式车辆笔直向前或笔直向后移动并且方向盘由操作者保持静止。这种无滑动情形缘自于两个履带的驱动在车辆的转向传动系统的转向蜗杆/蜗轮组合保持不动时锁定在一起的事实。在这种情形下，履带传动轴会如同它们在没有任何分离的差速器的笔直轴上一样操作。然而，当这种现有技术中的转向传动系统的转向马达驱动叠加了用于转弯的不同的履带速度时，转向蜗杆/蜗轮组合就开始旋转，并且将失去这种锁定的情形。即，转向传动系统会在履带之间导入差动作用，并且当传动轴差动时，会发生传动扭矩的损失即滑动，如同所有传统非限滑差速器在一个传动轴失去牵引力时那样。

具有用于每个履带的分离的左和右控制杆的传统推土机类型的驱动装置，可以通过制动一个履带而同时驱动另一个履带而进行急转弯，并且这会相当大地向制动的履带上施加应力。使用Gleasman转向传动系统进行原地转弯会改变车辆的方向且在车辆中心处具有很少或是没有枢轴点的移动运动。原地转弯可以功率辅助的或是完全由驱动扭矩提供功率的以更迅速地执行。因为在发生原地转弯时车辆不使用驱动扭矩用于向前或向后运动，驱动扭矩就可以用于为原地转弯提供动力。滑移，类似于上文所述的转弯滑移，发生在原地转弯过程中，此时履带之一陷入低牵引力之中。

当一个履带滑动时，转向的中断或驱动扭矩的损失在所有的差速器履带传动中是特有的并且很显然从它们开始时就发生在转向传动履带式车辆中。如电视上用于为公众提供的且经由美国政府同意的文件信息所述，这种相同的滑动情形会发生在转向传动的美国军队Abrams坦克中。Abrams坦克还包括转向车轮类型的驱动，这与具有用于每个履带的分开的左和右控制杆的更传统的推土机类型的驱动相反。尽管这种情形不足以贬低履带式车辆的许多优点，但是它一定已经成为长时间以来困扰履带式车辆的问题，并且它足够多地发生在恶劣的野外地形中来证明校正。避免这种不希望的转向问题对于那几种能够以公路速度行进的履带式车辆特别重要。

因此在本领域中就需要一种能够在扭矩突然降低时防止滑移并且易于履带式车辆在极低牵引力情形下原地转弯的转向传动系统。

发明内容

用于履带式车辆的差速转向传动系统包括传动差速器和转向差速器，驱动差速器将用于履带的各个驱动轴相互连接，转向差速器用于将相应的加减旋转叠加至履带用于转向和原地转弯。在用于高速履带式车辆的一个优选实施例中，传动差速器是全齿轮无离合器类型的限滑差速器，并且转向差速器是非限滑差速器。两个差速器布置成在沿笔直路径行进时或是在所有情形下转向时只要至少一个履带具有牵引力就会提供无滑动履带操作。在另一个实施例中，传动差速器和转向差速器都是全齿轮无离合器类型的限滑差速器。该第二实施例适合用于一些较慢移动越野车辆的原地转弯。

用于车辆的差速转向传动装置包括驱动差速器和转向差速器。车辆包括相应的左右驱动履带或者驱动牵引元件、具有发动机驱动轴的推进发动机和方向盘，该方向盘可由驾驶员旋转从而指示想要的行进方向。

传动差速器相互连接发动机驱动轴和一对各个传动轴用于差动地驱动各自的左和右驱动牵引元件。转向差速器在操作上使方向盘和各个履带传动轴相互连接，这样方向盘沿第一方向的旋转就导致转向差速器沿第一方向的旋转并且方向盘沿相反方向的旋转就导致转向差速器沿相反方向的旋转。转向差速器沿每个方向的旋转速度与方向盘的角旋转成正比。转向差速器沿第一方向的旋转导致各个履带传动轴沿相反方向的旋转。一个实施例中，传动差速器和转向差速器中的至少一个包括全齿轮限滑差速器。

在一个优选实施例中，传动差速器包括全齿轮限滑差速器。第二实施例中，传动差速器包括全齿轮限滑差速器并且转向差速器包括全齿轮限滑差速器。

两个实施例都可扩展用于提供另外的左侧全齿轮限滑差速器和另外的右侧全齿轮限滑差速器，用于划分传递给与每个履带相关的相应成对驱动轴的扭矩。也就是说，当第一两个全齿轮限滑差速器将扭矩在相应的驱动轴之间划分时，其中所述驱动轴将发动机的扭矩引导到相应的左右履带，两个另外的全齿轮限滑差速器进一步划分每个相应履带的前后驱动车轴之间的各个相应的履带扭矩。

全齿轮限滑差速器优选包括具有成对的半轴齿轮蜗杆和至少两组成对的组合齿轮的交叉轴线的齿轮组合体。每个半轴齿轮蜗杆均安装用于围绕输出轴旋转并且固定到各自的输出轴上。每个组合齿轮均具有大体上垂直于输出轴的旋转轴。每个组合齿轮还具有与蜗轮部间隔开的第一齿轮部。组合齿轮对的第一齿轮部彼此配合地啮合，并且组合齿轮对的蜗轮部分与半轴齿轮蜗杆的相应一个配合地啮合。全齿轮限滑差速器优选可以包括保持在该半轴齿轮蜗杆对的内端之间的固定位置中的止推板。

附图说明

图1显示了在本发明中使用的第一全牵引差速器的部分横截面侧视图。

图2A显示了在本发明中使用的第二全牵引差速器的示意剖面图，第二全牵引差速器包括包含在整体外壳内的完整的蜗杆/蜗轮齿轮组合体。

图2B显示了沿着图2的线2B-2B观看时的示意剖视图。

图3显示了本发明的转向传动系统的部分示意图。

图4显示了本发明使之成为可能的履带车辆原地转弯的示意图。

图5是履带式车辆中使用的本发明优选实施例的示意图。

图6是图5所示的传动和转向差速器的选择部分以及左右侧差速器的放大的示意性部分顶部剖视图，其中一些部件和阴影线被省略从而更清楚。

具体实施方式

本发明涉及如下主题：在1973年5月29日授予Gleasman的题为“SYNCLINAL GEARING”的美国专利No.3,735,647，在1988年10月11日授予Gleasman等人的题为“NO-SLIP，IMPOSED DIFFERENTIALREDUCTION DRIVE”的美国专利No.4,776,235，2000年10月24日授予Gleasman等人的题为“MODULAR SYSTEM FOR TRACK-LAYING VEHICLES”的美国专利No.6,135,220，和在2004年8月31日授予Gleasman等人的题为“COMPACT FULL-TRACTION DIFFERENTIAL”的美国专利No.6,783,476，所有这些专利均包含在此作为参考。

现有技术中转向传动系统的教导仅指示了一些传统形式的非限滑差动齿轮装置可以用在车辆的发动机和履带传动之间从而不损害传动轴的差速旋转。然而，当车辆转向时，经常会在履带式车辆中出现不希望的滑动，因为转向驱动马达会移动转向差速器的另外锁紧驱动，因此两个差速器发生差动(differentiating)。在该情形下，如果履带之一突然失去牵引力，扭矩负载就会变得显著地失去平衡，允许滑动履带速度提高并且相对于滑动履带的提高的速度而降低在另一个履带上的速度和驱动扭矩。【注意：本领域技术人员应当认为，虽然这里所指的牵引元件主要是“履带”，但是用于支撑和驱动履带的多个轮子的单元可以并且已经本身作为车辆牵引元件使用，并且因此，本发明所公开的差动转向驱动也可适合地用于控制这种相应的左右多个轮子牵引元件的驱动轴，用于转向这种多个轮子的车辆。】

本发明的驱动和转向差速器中的至少一个是全齿轮限滑类型的差速器，这与现有技术中示教的传统非限滑差速器相反。限滑差速器允许差动输出轴的旋转速度中的差异，但是不允许该差异增高超过设定量。一些全齿轮差速器导致齿轮结合在一起或是结合在外壳上以在失去牵引力时提供扭矩偏向(bias)。然而，本发明的优选全齿轮限滑差速器使用半轴齿轮(side gear)的蜗杆状设计相对于组合齿轮的蜗轮设计的操作的机械优点，从而允许绕一圈的正常差动作用，如果在一个驱动部件下的牵引力变得显著小于另一个驱动部件下的牵引力，该相同的机械优点可以阻止过量的扭矩传递到具有较小牵引力的驱动部件上。越来越大的扭矩传递到具有更大牵引力的牵引部件上直至传递至每个驱动部件的扭矩之差达到预定的扭矩偏向比。齿轮设计确定了扭矩偏向比，扭矩偏心比是施加到具有更多牵引力的牵引部件上的扭矩与施加到具有较小牵引力的部件上的扭矩之比。

在优选实施例中，传动差速器是全齿轮限滑类型的差速器，并且转向差速器是传统的非限滑差速器。在第二实施例中，传动差速器和转向差速器均是全齿轮限滑类型的差速器。进一步的实施例通过下面的方式扩展这些刚提到的每个实施例：通过将它们与另外的左侧和右侧差速器相结合，左侧和右侧差速器都是全齿轮限滑类型的差速器，用于将扭矩分配给用于车辆的相应左右驱动牵引元件中每一个的前后驱动轴。

使用全齿轮限滑类型的差速器作为转向传动的传动差速器可以防止在一个驱动构件下的牵引力突然减小时出现上述情形。虽然任意全齿轮限滑差速器均可以用于本发明的任意转向传动系统，在此讨论的全齿轮差速器是优选的，即，图1中所示的以商标

广泛应用的较早的交叉轴线的设计或是图2A和2B中所示并且在商业上以商标

标识的近期的紧凑的交叉轴线设计。正如上文所述，避免这种不希望的转向问题对于几种能够以公路速度行进的履带式车辆特别重要。然而，这种重要的修正并不会影响初始转向传动系统的基本特征的操作，该转向操作继续以相同的方式起作用。即，当车辆沿笔直方向驱动时，差速器仍然充当直轴，并且当车辆操作者通过转动车辆的方向盘来指示方向中的变化时，转向马达仍然向前或相反地转动转向差速器的外壳，并且履带的速度分别提高和减小以实现如美国专利No.4,776,235中所解释的方向的改变。

通过本发明对限滑差速器的使用，原地转弯仍然会改变车辆的方向且在车辆中心处具有很少或是没有枢轴点的移动运动。原地转弯仍然优选完全由相当大的扭矩提供动力，而扭矩是由单独的差速转向系统马达提供的，因为转向马达的扭矩仍然由蜗杆/蜗轮传动比(优选≥15∶1)极大地提高。

在使用现有技术的转向系统进行这种原地转弯的过程中，车辆操作者通常向发动机驱动轴施加制动力或是将发动机驱动轴保持在锁定状况下。然而，当对重型的移动相对缓慢的越野车辆进行原地转弯时，就会出现不希望的锁定发动机驱动轴的情形。在后面的这些情形中，如果在履带之间共享的牵引荷载变成显著地不平衡，原地转弯运动会完全停止。在本发明中，现有技术的转向系统中的这种原地转弯问题是通过将传统的转向差速器替换为全齿轮限滑类型的差速器而避免的，全齿轮限滑类型的差速器在出现这种扭矩不平衡时不会滑动。然而，对于所有较快速移动的履带式车辆，转向差速器应当优选保持为传统的不限滑全齿轮类型。

限滑差速器

如图1所示，用在本发明中的限滑差速器的第一实施例包括可旋转齿轮外壳10和一对容纳在外壳10的侧面中形成的孔中的传动轴11、12。如美国专利No.3,735,647中公开的该类差速器具有相当广泛的应用并且在全世界以商标宣传。这种限滑差速器是一种全齿轮差速器，它不包括滑动板或其它形式的离合器装置并且使用“复合行星齿轮组合体”形式中的相交轴或平行轴配置。尽管可以使用这些形式中的任一种，相交轴的差速器形式是优选的，并且在下面的讨论中仅详细地说明这种形式。

法兰13优选地形成在外壳10的一端，用于安装环形齿轮(未显示)，该环形齿轮用于从外部功率源且通常从车辆的发动机提供旋转功率。外壳10内部的齿轮配置通常被称作“交叉轴复合行星齿轮组合体(complex)”并且优选地包括一对分别固定到轴11、12的内端的半轴齿轮蜗杆14、15以及几组成对组织的组合齿轮16。每个组合齿轮优选地具有外端，该外端形成有与“蜗轮”部18间隔开的整体式直齿轮部17。虽然标准齿轮的术语使用“蜗轮”来描述“蜗杆”的配对物，这通常会在描述全齿轮差速器的各个齿轮装置时变得令人困惑。因此，当在此使用时，蜗杆的配合物被称作“蜗轮”。

每对组合齿轮16优选安装在外壳10的主体中形成的狭槽或孔中，这样每个组合齿轮就在与半轴齿轮蜗杆14、15的旋转轴大体上垂直的轴上旋转。为了便于装配，每个组合齿轮16优选具有全长轴向孔，各个安装轴19通过该轴向孔被容纳，用于旋转支撑在外壳10中形成的轴颈内。

组合齿轮已知具有容纳到外壳10的轴颈中的整体式轮毂，但是为了便于外壳的设计和装配，该类型的最新使用的限滑差速器的组合齿轮是轴安装的。每对组合齿轮16的直齿轮部17彼此啮合，而蜗轮部18分别与半轴齿轮蜗杆14、15之一啮合，用于在轴端11、12之间传递和划分扭矩。为了支撑最大的汽车载荷，该类型的现有技术的差速器通常包括三组成对的组合齿轮，这些组合齿轮以大约120°的间隔放置在每个半轴齿轮蜗杆14、15的圆周的周围。

该类差速器实现防止在最多情形下出现不希望的车轮打滑的显著任务。事实上，这些限滑差速器中的一个或多个在当前由至少八个全世界的主要汽车公司当前销售的车辆上标准的或可选的，并且在每个美国军队HMMWV(“Hummer”)车上具有两个

交叉轴限滑差速器，一个在前轮之间差动，另一个在后轮之间差动。

本发明中使用的限滑差速器的最新设计的第二实施例在图2A和2B中示出。这个第二实施例在2006年10月27日提交的共同待审申请No.11/553,603中详细公开，名为“Full-Traction Differential withHybrid Gearing”，并且目前以“IsoTorque ^TM”的名义销售。这个新设计的接触图案将负荷扩展到非常宽的区域上，从而可以仅使用两对组合齿轮(分别间隔开180度间隔)，而不是较普通的三对(分别间隔120度的间隔)来承载给定的负荷。也就是说，这种改进的齿设计产生了齿啮合的更大的区域，以及增加在任何特定时间接触的齿的数目，使得可以满足具有两个更少齿轮的汽车规格。当然，这种相同的齿设计可以使得利用普通的三对组合齿轮承载显著更高的负荷。同样，与使得负荷集中的普通线接触不同，这个齿轮装置的接触图案将负荷扩展到相对更大的区域上，并且导致润滑油膜的较少的剪切，从而允许使用低粘度的润滑剂并且确保更长的部件寿命。

高牵引力差速器的交叉轴齿轮组合体的显著特征是由车辆的车轮和差速器之间的齿轮系中的蜗杆/蜗轮组合而生成的机械优点。当车辆在弯道上行进时，车辆的重量和惯性使车轮同时在道路表面上以改变的速度滚动，导致对差速的需求。这种差速的启动可以由半轴齿轮蜗杆及其配套蜗轮之间的机械优点而极大地提高。当然，这种相同的齿轮装置导致在扭矩沿相反方向传递时的机械缺点。IsoTorque^TM差速器的优选实施例为蜗杆/蜗轮齿选择35°/55°来提供全牵引以及差速的相对简易性，该选择也使差速器尤其适合于包括具有牵引力控制的自动制动系统(ABS)的车辆。

IsoTorque^TM差速器的另一个特征提供了扭矩平衡，当沿向前或反向被驱动时，扭矩平衡可以平衡在车辆转弯过程中各个半轴齿轮蜗杆上的轴端推力，而无论行进方向如何。止推板由支撑成对组合齿轮组的相同的安装件支撑，止推板被固定成抵抗侧向运动并且保持在半轴齿轮蜗杆的内端之间。因此，当向左侧推动时，右蜗杆会在止推板上施加推力x，并且左蜗杆仅向外壳施加其自身的推力x而不是如此前的差速器中的力2x。类似地，当向右侧推动时，左蜗杆会在止推板上施加推力x，并且右蜗杆仅向外壳施加其自身的推力x。

参见图2A和图2B，在第二实施例中显示了刚描述的扭矩平衡特征。差速器包含完整的蜗杆/蜗轮齿轮组合体。外壳120优选由粉末金属整体形成并且仅具有三个开孔。即，第一组适当的开孔121、122沿第一轴125对准用于接收输出轴(未显示)的各个内端，并且仅仅另一个单个开孔126垂直于轴125定心，该开孔126的形状为矩形并且直接延伸穿过外壳120。

两对组合齿轮131、132和129、130均具有各自的直齿轮部133，直齿轮部133由沙漏形蜗轮部134分隔开，且蜗轮部134是如上所述设计和制造的。每对的各个直齿轮部133彼此啮合，并且所有这些组合齿轮可旋转地支撑在成对的轮毂136、137的组上，轮毂136、137与相对的安装板138、139对整体形成。组合齿轮对131、132的各个蜗轮部134与一对半轴齿轮蜗杆141、142的相应一个啮合，而组合齿轮对129、130的各个蜗轮部134类似地分别与同一对的半轴齿轮蜗杆141、142啮合。

止推板150放置在半轴齿轮蜗杆141、142的内端中间。止推板150包括各个支承表面152、153、安装凸片156、157和重量减轻润滑开孔(未显示)。安装凸片156、157设计成与在相同的安装板138、139内在中心处形成的槽160、161配合。槽160、161不仅将止推板150放置在半轴齿轮蜗杆141、142的内端中间，而且还防止止推板150的侧向运动。因此，特别参见图2A，当施加到半轴齿轮蜗杆141、142上的驱动扭矩导致向左侧的推动时，蜗杆142移动到止推板150的固定支承表面152上，而蜗杆141移动远离止推板150的固定支承表面153并且抵靠到外壳120上(或移动到传统上置于蜗杆141和外壳120之间的适当垫圈上)。所生成的抵抗蜗杆141的旋转的摩擦不会受到作用在蜗杆142上的推力的影响。

类似地，当施加到半轴齿轮蜗杆141、142上的驱动扭矩导致向右侧的推动时，蜗杆141移动到止推板150的固定支承表面153上，而蜗杆142移动远离止推板150的固定支承表面152并且抵靠到外壳120上(或再次移动到传统上置于蜗杆142和外壳120之间的适当垫圈上)。类似地，所生成的抵抗蜗杆142的旋转的摩擦不会受到作用在蜗杆141上的推力的影响。因此，无论驱动扭矩的方向如何，抵抗每个半轴齿轮蜗杆的旋转作用的摩擦不会受到作用在另一个半轴齿轮蜗杆上的推力的影响。因为差速器的扭矩偏向受到摩擦力的影响，附加推力的这种保护有助于使扭矩的不平衡减小到最低，即在车辆转弯的不同方向过程中的扭矩内的差异减小到最低。

转向传动结构

如图3所示，当本发明的转向传动系统20应用到车辆上时，经由轴21、转动齿轮22输入的发动机功率会旋转环形齿轮23和传动差速器25的壳体24。传动差速器25连接用于驱动一对各自的车轴26和27，从而差动地驱动在车辆相对侧上的各个左和右驱动牵引元件。传动差速器25适当地将尺寸设计成匹配将被驱动的车辆。这可以从小型园艺拖拉机和耕种机直至大型拖拉机和推土机。

具有壳体29的转向差速器30连接在一对转向控制轴32和33之间，转向控制轴32和33以驱动关系与车轴传动轴26和27相互连接。一个转向控制轴33和一个车轴传动轴27连接以沿相同方向旋转，并且另一个转向控制轴32和另一个车轴传动轴26连接以沿相反方向旋转。这会在车轴26和27沿同一个方向旋转时，导致控制轴32和33的差速旋转或逆方向旋转，并且在控制轴32和33沿相同方向旋转时，相反地导致车轴26和27的差速旋转。

本发明的差速器25、30中的至少一个是全齿轮限滑类型的差速器(例如，在美国专利No.3,735,647中公开的“Synclinal Gearing”，在美国专利No.6,783,476中所公开的“Compact Full-tractionDifferential”，或者2006年10月27日提交的共同待审申请No.11/553,603中公开的“Full-traction Differential”)。这与现有技术中仅仅使用非限滑差速器的特定示教相反。在本发明的优选实施例中，传动差速器25是全齿轮限滑类型的差速器，并且转向差速器30是传统的非限滑差速器。在本发明的另一个实施例中，传动差速器25是传统的非限滑差速器，并且转向差速器30是全齿轮限滑类型的差速器。

如图3中所示，转向控制轴和车轴传动轴之间的齿轮连接优选用于更大型和更大功率的车辆。这些包括分别固定到车轴26和27上的车轴齿轮35和36以及分别固定到控制轴32和33上的控制轴齿轮37和38。使车轴齿轮35与控制轴齿轮37啮合会提供车轴26和控制轴32之间的相反旋转，并且使车轴齿轮36和控制轴齿轮38与中间齿轮34的啮合可以提供车轴27和控制轴33的同向旋转。

转向控制轴和车轴传动轴之间的齿轮连接优选包含到容纳传动差速器25和转向差速器30的扩大的外壳中。出于下面解释的理由，转向差速器30的尺寸可以设计成承担由传动差速器25承担的力的一半，这样完整的组件就可以装配在并未过大的差速器外壳内部。

较小型或功率稍小的车辆可以使用轴相互连接例如皮带或链条代替齿轮。而且，轴相互连接并不需要限于车轴差速器的区域并且可以朝向车轴的外端生成。

转向控制轴和车轴传动轴之间的齿轮比或传动比优选为1∶1。然而，该比值可以改变，只要它在车轴和控制差速器的相对侧上相同即可。

输入转向齿轮40与固定到转向差速器30的壳体29上的环形齿轮31啮合，用于在系统上施加差速旋转。齿轮40优选是蜗轮，并且环形齿轮31优选是蜗轮，这样仅仅当齿轮40转动时环形齿轮31转动。

对于转向目的，转向齿轮40可以由几个机构转动，而这取决于相对负载。转向机构可以使用各种类型的适当大小的马达来转动齿轮40。例如，DC起动马达41可以经由转向系统中的变阻器通电，或者液压马达或气动马达41可以由车辆的液压或气动系统响应转向控制而转动。优选地，马达41是液压的，并且蜗杆40/蜗轮31比大约为15∶1。

如上文所述，当车辆转向时，使用现有技术中的差速转向系统会发生滑动，这是因为转向传动马达会移动转向差速器的另外的锁紧蜗杆/蜗轮驱动，因此两个差速器是有差别的。在该情形下，如果履带之一突然失去牵引力，扭矩不平衡就会允许滑动的履带提高速度，并且降低现有技术系统中与提高速度的滑动履带直接相关的另一个履带上的驱动扭矩和速度。

如本发明优选实施例中所述，在使用在扭矩突然降低时不会滑动的全齿轮限滑差速器(例如，使用在美国专利No.6,783,476中描述的IsoTorque^TM差速器)替换用于传动差速器25的现有技术差速转向系统所使用的传统差速器时，可以防止这种不希望出现的情形。

然而，很重要的一点是指出，这种修正并不会影响基本的转向传动系统的操作，该转向传动系统继续以相同的方式起作用。即，当车辆沿笔直方向驱动时，转向齿轮40/环形齿轮31组合的非旋转仍然会导致两个差速器充当直轴，并且当车辆操作者通过转动车辆的方向盘来指示方向中的变化时，转向马达向前或相反地转动差速器的外壳，并且履带的速度分别提高和减小以实现如美国专利No.4,776,235中所解释的方向的改变。

然而，因为本发明的传动差速器25是全齿轮限滑差速器，所以只要由履带分担的扭矩负载突然开始变得不平衡时，传动差速器25的扭矩偏移会立即将从发动机输入轴21接收到的驱动扭矩的大部分传递到具有更好牵引力(例如，在8∶1差速器中多至八倍的扭矩)的履带上。因此，一旦任一个履带上的牵引荷载导致明显的负载不平衡，驱动扭矩的很大部分仍然输送给具有更好牵引力的履带以保持履带式车辆的运动。

无滑动的转向传动操作和原地转弯

转向差速器30及其控制轴32和33与车轴传动差速器25和车轴26和27的相互连接会导致出现两个很重要的结果。一个结果是无滑动驱动，无滑动驱动可以防止车轮或履带滑动，除非滑移同时发生在车辆的两侧上。另一个结果是所施加的差速旋转可以实现转向以枢转或转向车辆。

无滑动传动的发生是因为车轴传动轴26和27经由转向差速器30齿轮连接在一起。在车辆中已经失去牵引力的一侧上施加到车轴上的功率被传递到该侧上的连接控制轴，通过差速器30传递到相对的控制轴，然后回到相对的车轴，功率在此处增加到具有牵引力的一侧上。所以如果一个车轴失去牵引力，相对的车轴就会更猛烈地驱动，并且只有在两个车轴同时失去牵引力时才会发生道路滑移。

为了详细说明这一点，可以考虑一个车辆，该车笔直向前滚动，且它的车轴26和27沿同一个方向均匀地转动。转向齿轮40对于笔直向前的运动是静止的，并且因为转向齿轮40优选为蜗轮，所以转向差速器30的蜗轮31不能转动。控制轴32和33通过它们与车轴传动轴的驱动连接而沿相反的方向差动地旋转，且转向差速器30容纳在控制轴32和33之间。

传动差速器25相等地划分从发动机驱动轴21输入的功率并且将一半的输入功率施加到每个车轴26和27上。如果由车轴26驱动的履带或车轮失去牵引力，就不能施加在车轴26上可用的功率并且趋于滑动。然而，因为车轴26齿轮连接到控制轴32上，所以并不会发生实际的滑移。所以如果没有牵引力的车轮或履带不能在车轴26上施加功率，功率就会传递到控制轴32上，轴32与车轴26沿相反的方向旋转。因为环形齿轮31不能转动，所以控制轴32上的旋转功率就通过差速器30传递以生成控制轴33的反向旋转。其经由中间齿轮34齿轮连接到车轴27上，这样控制轴33上的功率就施加到车轴27上来沿朝前方向推动车轴27，驱动具有牵引力的车轮或履带并且可以接收可用的功率。因为仅仅一半的全部可用功率可以从一个车轴经由差速器30及其控制轴传递到另一个车轴上，所以它们的尺寸可以设计成承担一半的由车轴差速器25及其车轴承担的力。

当然，由于车辆该侧上牵引力的损失而在车轴27上获得却无法使用的功率就通过同一个控制轴和控制差动路径传递到相对的车轴26上。这种配置会向具有最佳牵引力的车轮或履带施加最大功率，这对于推进车辆是很理想的。失去牵引力的车轮或履带会在另一个车轮或履带驱动时保持与地面滚动接合。车轮或履带只有在它们同时失去牵引力时才会滑动。

为了在车轴26和27上施加差速旋转来枢转或转动车辆，仍然仅需要旋转转向齿轮40。这会因为由差速旋转的车轮或履带在车辆的相对侧上行进的不同距离而差动地旋转车轴来转动或枢转车辆。

每当转向齿轮40转动时，它就会旋转环形齿轮31，而环形齿轮31会转动转向差速器30的壳体29来沿同一个方向旋转控制轴32和33。控制轴32和33与车轴传动轴26和27的连接会将控制轴32和33的同一个方向的旋转转换成车轴26和27的反向差速旋转，且车轴26和27之间容纳了传动差速器25。这会在车辆的一侧向前驱动车轮或履带并且在车辆的另一侧上向后驱动车轮或履带，这取决于转向齿轮40的旋转方向。

每当车轴向前或向后旋转时，就会在此时加入这种差速旋转。所以如果车辆在转向齿轮40转动时向前或向后移动，差速旋转就会推动并阻碍相对的车轴并且使车辆转弯。

如果车辆在转向齿轮40转动时并不移动，车辆的左和右驱动牵引元件(车轮或履带)就在一侧前进并且在另一侧后退，这样车辆就在中心点上枢转。针对具有一对履带85和86的车辆，这种原地转弯示意性地显示在图4中。通过向前驱动右履带86’并且向后驱动左履带85’，当车辆围绕中心点87旋转时，两个履带均可以在与地面滚动啮合。履带经受一些跟部和尖部磨损，但是与传统的使用制动器锁定一个履带而另一个履带被驱动相比，这会导致更小的应力和地形的干扰。原地转弯也会在一个点87上旋转车辆，而不需要沿任意方向的运动，如同在一个履带被制动并且另一个履带被驱动时必须发生的那样。

在现有技术的转向传动系统中，只要车辆笔直向前或笔直向后行进并且转向齿轮40和转向差速器30并不响应驾驶员旋转车辆的方向盘而进行操作，上述无滑动驱动就会起作用。然而，如上文所述，在现有技术的转向传动系统中，当转向差速器30是差动的并且履带之一完全失去牵引力时，转向传动系统会在履带之间导入差动作用，并且如果该履带继续滑动，车辆的驱动扭矩仍会完全失去。使用本发明的改进的转向传动系统，就不会出现驱动扭矩的这一全部损失。

即，因为传动差速器25是全齿轮限滑差速器，所以只要由履带分担的扭矩负载突然开始变得不平衡时，传动差速器25的扭矩偏移会立即将从发动机输入轴21接收到的驱动扭矩的大部分传递到具有更好牵引力(例如，在8∶1差速器中，这种驱动扭矩的传递发生得多至八倍的扭矩不平衡)的履带上。因此，一旦任一个履带上的牵引荷载导致明显的负载不平衡，所以驱动扭矩的很大部分仍然输送给具有更好牵引力的履带以保持履带式车辆的运动。

提高的枢转转向

如上文所述，在使用现有技术的差速转向系统进行原地转弯的过程中，履带式车辆操作者通常向发动机驱动轴施加制动力或是将发动机驱动轴保持在锁定状况下。当重型相对缓慢移动的越野车辆在其中牵引力会在履带之间极大地改变的地形中操作时，就会出现期望原地转弯但是发动机驱动轴的正常锁定并不适当的情形。如上文所述，在这种情形下，严重的牵引力不平衡可以导致不希望的原地转弯运动损失。

为了便于这种车辆的原地转弯，本发明将传统的转向差速器替换为全齿轮限滑类型的差速器(例如IsoTorque^TM差速器)，如此前所述，该差速器在发生扭矩不平衡时并不会滑动。只要一个履带保持牵引力，这一简单的改变就会克服在所有情形下的原地转弯问题。也就是说，在刚刚描述的本发明第二实施例中，转向差速器30是全齿轮限滑类型的差速器，在原地枢转一个缓慢移动的越野履带式车辆时，当一个履带下的牵引力突然降低时，防止滑动。

改进的两个实施例

上述的实施例都可以通过下面的方式而增强：设置另外的左侧全齿轮限滑差速器和另外的右侧全齿轮限滑差速器，用于划分输送给与每个履带相联系的相应对驱动车轴的扭矩。这个扩展实施例在图5、6中示意性示出。图5是履带式车辆的驱动元件的示意性俯视图，示出了(以黑线)本发明的全齿轮限滑转向驱动系统218，与两个另外的全齿轮限滑差速器相结合，也就是右侧差速器250和左侧差速器251，而图6是这四个最后提到的差速器的放大部分示意图。

对于履带车辆的驱动路径(图5和6示出)如下：发动机210连接到传动装置212，用于将扭矩传递到中央传动轴214，轴214驱动一对锥齿轮220、221，该齿轮将驱动扭矩传送到转向驱动单元218，锥齿轮221以上述方式通过相应的右驱动轴226和左驱动轴228为车辆的相应的左右驱动牵引元件提供差动的驱动和转向扭矩。

相应的驱动轴226、227操作相应的锥齿轮253、254和255、256，所述锥齿轮将驱动扭矩输送给右侧差速器250和左侧差速器251，所述差速器通过它们相应的前部驱动轴258、259和后部驱动轴260、261分别进一步将它们相应的驱动扭矩差动，驱动轴258、259、260、261分别连接到前部直角箱(boxes)262、263和后部直角箱264、265。如现有技术中已知的，直角箱包括成对的锥齿轮(未示出)，该锥齿轮将相应的扭矩传递到前后对的驱动车轴，也就是前部右驱动车轴和左驱动车轴266、267，和后部右和左驱动车轴268、269。每个驱动车轴位于一对串列车轮(tandem wheel)之间，即前部右驱动车轴266位于串列的车轮270、271对之间，通过相应的链条272驱动每个串列对中的至少一个轮子。

在所示的优选履带车辆中，每个车轮是双轮，并且相应的左右履带274、275位于安装在车辆每一侧上的双轮组的配合表面上方，均以现有技术中已知的方式，并且在上述引用的美国专利No.6,135,220中详细描述。

参考图6，转向差速器230和它的连接轴231、232和齿轮233、234、235、236、237、238都以与图3中所示并且上面详细描述的相对应部件完全相同的方式操作。转向齿轮蜗杆240和使得转向齿轮蜗杆240转动的电动机241同样在图6中示出。马达241优选是DC马达或者液压马达，响应于通过车辆方向盘产生的车辆操作的适合方向的指示。

每个另外的全齿轮限滑差速器250、251(a)防止它的相应履带274、275的前后部之间的“卷起(wind up)”，其否则当履带的支撑轮在不平坦的地形上在不同时刻上下运动时会发生，和(b)通过在任何给定时刻将更多的扭矩引导到与履带具有最佳摩擦连接的相应驱动车轴，增加前后履带驱动的效率。

因此，利用本发明的优选实施例的上述“增强”的配置，转向驱动系统218的全齿轮限滑驱动差速器224将各个驱动轴226、227之间的扭矩进行划分，所述驱动轴将发动机扭矩引导到相应的左右履带，而两个另外的全齿轮限滑差速器250、251还将每个相应的履带扭矩在每个相应的履带的前后驱动车轴之间划分。

因此应当理解，这里所述的本发明的实施例仅是说明本发明的原理的应用。对于所示实施例的详细内容的说明不用于限制权利要求的范围，权利要求本身引用了那些对于本发明所必须的特征。

Claims (5)

1.一种用于车辆的差速转向传动系统，该车辆具有相应的左和右驱动牵引元件、具有发动机驱动轴的推进发动机、和可由操作者旋转以指示预计行进方向的方向盘，所述转向传动系统包括：

-传动差速器，该传动差速器相互连接所述发动机驱动轴和成对的相应的履带传动轴，用于差动地驱动所述相应的左和右驱动牵引元件；和

-转向差速器，所述转向差速器在操作上相互连接所述方向盘和所述相应的履带传动轴，这样

所述方向盘沿第一方向的旋转就会导致所述转向差速器沿第一方向的旋转，并且所述方向盘沿相反方向的旋转导致所述转向差速器沿相反方向的旋转，所述转向差速器沿每个方向的旋转速度与所述方向盘的角旋转成正比；并且

所述转向差速器沿第一方向的旋转导致所述相应的履带传动轴沿相反方向的旋转；并且

-其中所述差速转向传动系统还包括下列组合中的一个：

(a)所述传动和转向差速器中的至少一个包括全齿轮限滑差速器；和

(b)所述传动差速器和所述转向差速器均包括全齿轮限滑差速器。

2.如权利要求1所述的差速转向传动系统，其特征在于，每个所述相应的左右驱动牵引元件还包括：相应的多个轮子，所述轮子可操作地连接到至少一对驱动车轴；

-左侧差速器和右侧差速器，均分别将划分的扭矩输送给所述相应成对的驱动车轴中的一个的每个驱动车轴；

-所述左侧和右侧差速器均分别由所述一对相应的驱动轴驱动，用于差动地驱动所述相应的左右驱动牵引元件；和

-其中所述左侧和右侧差速器还都包括全齿轮限滑差速器。

3.如权利要求2所述的差速转向传动系统，其特征在于，所述相应的左右驱动牵引元件均包括连续的履带，所述履带与所述相应的多个轮子驱动接触。

4.如权利要求3所述的差速转向传动系统，其特征在于，每个所述相应的多个轮子包括至少一对串列车轮，所述串列车轮与所述连续的履带接触，并且其中一个所述相应的驱动车轴位于所述对串列车轮中间。

5.如权利要求1所述的差速转向传动系统，其特征在于，所述全齿轮限滑差速器包括齿轮组合体，该齿轮组合体包括：

-成对的半轴齿轮蜗杆，每个半轴齿轮蜗杆均安装用于围绕输出轴旋转并且固定到各自的输出轴上；和

-至少两组成对的组合齿轮，每对的每个组合齿轮具有(a)大体上垂直于所述输出轴的旋转轴，和(b)与蜗轮部分间隔开的第一齿轮部，所述组合齿轮对的所述第一齿轮部彼此配合地啮合，并且所述组合齿轮对的所述蜗轮部分别与所述半轴齿轮蜗杆的相应的一个配合地啮合。

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