CN101636291A - 输送空气通过动力轴组件的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于输送空气通过动力轴组件的装置和一种改进的具有该装置的动力轴组件。该装置包括：轴组件中的连接于非转动结构的基座，和安装在轴组件中的转子，转子与驱动轴一同转动，并且在转子和基座之间形成空气腔。基座包括至少一个空气入口，用来向空气腔中输送空气，并且转子包括至少一个空气出口，以便空气从空气腔中流出。

Description

输送空气通过动力轴组件的装置
技术领域
本发明涉及输送空气通过动力轴组件的装置，以及包括该装置的改进的动力轴组件。
背景技术
现在，车载自动轮胎充气系统被用在卡车和其他车辆上。这样的系统已经成功地应用在非动力车辆轴组件(即，不包括连接于车辆差动或其他驱动系统的动力驱动轴的卡车或其他车辆的轴组件)中，用来在轮胎被刺破或因为其他原因发生泄漏时，向车辆轮胎输送填充空气。
例如，Oklahoma州Edmond市的Airgo股份有限公司提供了用来保持非动力卡车串列轴组件的每个轮胎中的预定压力的车载系统。Airgo单元包括轮胎充气系统，用来在串列轴的四个轮胎中的任何一个发生泄漏的情况下，从车载压缩机(例如，用来向卡车刹车部件提供空气的压缩机)向串列轴内部或延伸通过该轴的管道输送压缩空气。Airgo单元还包括：在靠近非动力串列轴的外端设置的一对旋转密封件；从旋转密封件延伸出的一系列空气管道，用来通过旋转密封件从轴的内部向四个轮胎输送空气；设置在空气管道中的单向阀，用来防止空气从轮胎向轴倒流；以及指示灯，用于在泄漏发生时向操作人员报警。该系统根据轮胎所需要的工作压力控制填充空气的流动。对于大多数的卡车串列轴，自动充气系统通常被用来提供足够的填充空气流，以将轮胎压力保持在至少90psig，更优选地至少95psig。在例如美国专利No.6,105,645中，有对于此类型的车载自动充气系统的描述，该专利文献中的全部内容以引用的方式包含在本申请中。
尽管在Airgo系统中采用的旋转单元使得车载自动轮胎充气系统能够应用在非动力轴组件中，但是，开发出一套将这样的车载自动轮胎充气系统应用在卡车和其他车辆的动力驱动轴组件中的商用系统是存在问题的。据我们所知，目前还没有任何商用的系统应用于路面上卡车的驱动轴轮胎的充气。而且，目前在其他类型的车辆上使用的驱动轴系统存在很大的缺点和缺陷。例如，这样的系统(a)通常只能在轮胎转动一部分或车辆静止时进行充气，(b)无法在公路行驶速度下工作，(c)不能提供连续的密封润滑，(d)不是设备齐全的系统，和/或(e)需要外部元件，该外部元件与轴组件不配合。
因此，需要这样一种商用的设备，该设备能够解决和克服以上的问题和局限性，使得填充空气流从车载自动轮胎充气系统自动输送通过驱动轴组件。优选的，这样的设备与驱动轴组件的运行互不干涉，并且优选与现有的车载自动轮胎充气系统兼容。而且，该设备优选地易于适用于两轮驱动轴系统或用于在每个端部安装有一对串列车轮和轮胎的卡车串列轴系统。
发明内容
本发明提供一种输送空气通过动力轴组件的装置，以解决上述问题，满足上述要求。本发明的装置可以与现有的车载自动轮胎充气系统联合使用，并且不与驱动轴组件的运行发生干涉。而且，本发明的装置可以适用于保持卡车和其他车辆的动力轴组件的各个轮胎或两个或其他多个轮胎组的充气。
一方面，本发明提供一种用于输送空气通过动力轴组件的装置，所述动力轴组件包括驱动轴，驱动轴延伸通过非转动结构，并且被提供动力以相对于所述非转动结构转动。本发明装置包括可连接于非转动结构的基座。本发明装置还包括可安装在动力轴组件中与驱动轴一同转动的转子，由此，所述转子相对于所述基座转动，并且被设置成在所述转子与所述基座之间形成空气腔。所述基座包括至少一个空气入口，以将空气输送到所述空气腔中，所述转子包括至少一个空气出口，以便空气从所述空气腔中流出。
另一方面，本发明提供一种改进的动力轴组件，包括驱动轴，驱动轴延伸通过非转动结构，并且被提供动力以相对于所述非转动结构转动。其改进处包括：连接于所述非转动结构的基座；和安装成与所述驱动轴一同转动的转子，由此，所述转子相对于所述基座转动，并且被设置成在所述转子与所述基座之间形成空气腔。改进之处还包括：所述基座包括至少一个空气入口，以将空气输送到所述空气腔中；和所述转子包括至少一个空气出口，以便空气从所述空气腔中流出。
通过阅读以下的优选实施例和附图中的详细描述，对于本领域技术人员来说，本发明的其它方面、特征和优点应当是显而易见的。
附图说明
附图1是包括本发明的空气输送装置实施例2的动力轴组件4的正面剖视图。
附图2是另一个包括本发明的空气输送装置2的动力轴组件4的正面剖视图。
附图3是本发明的空气输送装置2的分解视图。
附图4是本发明的空气输送装置2组装后的正面剖视图。
附图5是另一个本发明的空气输送装置的正面剖视图，由附图4中所示的位置旋转90°得到。
附图6是本发明装置2中采用的进气连接环40的透视图。
附图7是本发明的空气输送装置中采用的另一种空气腔密封组件的正面剖视图。
附图8是本发明的空气输送装置的另一个实施例102的分解视图。
附图9是本发明的空气输送装置102的正面剖视图。
具体实施方式
用于输送空气通过动力轴组件的本发明装置的实施例2如附图1-6中所示。附图1和2中所示的本发明装置2安装在用于卡车和其他车辆中的代表性的动力串列轴组件4中。如本领域技术人员所知的那样，动力轴组件4包括：非转动结构6(例如，主轴或其他壳体)；动力驱动轴8，延伸通过非转动结构6并且相对其旋转；驱动轴毂10，设置在动力驱动轴8的外端部，并且从动力驱动轴8沿径向向外凸出；轮毂12，固连于驱动轴毂10，与动力驱动轴8一同转动；圆锥滚子轴承14，将轮毂12转动地支撑在主轴6上。动力串列轴组件4还包括一对安装在轮毂12上的车轮或轮胎15和17。
本发明的空气输送装置2有效地使得车载自动轮胎充气系统或其他气体源中的空气自动流过一个或多个延伸通过驱动轴毂10的空气输出管或其他通道16。柔性的软管或其他通道19容易固连于空气输出管16的外端，用于向动力轴组件4的轮胎15和17输送空气。与之前使用的用于使非动力轴组件的轮胎保持充气的系统类似，可以在由空气输出管16延伸出的空气管线19内设置单向阀或其他设备，以防止空气由轮胎15和17倒流回车轴。
附图1-6中所示的本发明装置的实施例2包括：基座20，优选地螺纹连接于动力轴组件4的非转动结构6的外端；转子24，安装在动力轴组件4中，并且由动力轴8驱动，这样转子24相对于基座20和非转动结构6转动；转子保持件26，定位在转子24的外凸缘环28之上，通过螺栓30连接于基座20，这样转子24在转子保持件26内转动；空气腔32，形成于转子24和基座20之间；密封件34，设置在空气腔32中，用于密封空气腔；通过机加工或其他方式形成在基座20中的空气环36，用于通过一个或多个在基座20中钻出的或者由其他方式形成的空气进入通道38向空气腔32中输送空气；进气连接环40，紧靠基座20定位，使得设置在连接环40中的空气流开口41与基座20的空气环36相匹配；一对O型环密封件42，容纳在连接环40的槽43中，这样密封件42设置在基座空气环36的两侧，用于将空气环密封。转子保持件26的功能是在将组件从非转动结构6移开时，将组件保持在一起。
本发明装置2的空气输出管16延伸通过贯通驱动轴毂10的轴向孔44。空气输出管16具有进口端46，进口端与相应的贯通转子24的空气出口通道或开口48相连。轴向孔44的尺寸可以设计成允许空气输出管16在孔44中略微地枢转和沿轴向运动一定程度。在环绕空气输出管16形成的径向槽52中设有O型环50，以便密封轴向孔44，同时允许空气输出管16一定的枢转和轴向运动。
除了允许空气从空气腔32流到动力轴组件4的外部之外，将空气输出管16贯通设置在驱动轴毂10中也将转子24与动力驱动轴8相连，使得转子24与驱动轴8一同转动，并且将转子24与驱动轴8的转动轴线对准。在空气输出管16的进口端46周围设置有间隔垫圈54，以便将转子24由于空气腔32中的空气压力产生的推力传递到驱动轴8。
或者，本发明的空气输送装置2的空气输出管16还可以沿径向延伸通过驱动轴毂10。但是，除了上述描述的优点之外，空气输出管16优选地沿轴向延伸，以避免在将车轮15或17从轮毂12卸下时(例如更换轮胎)发生干涉。
基座20在非转动结构6的远端上的螺纹连接将进气连接环40保持的O型环42压向基座20，由此形成贯通空气环36和空气进入通道38并进入空气腔32的密封空气通道。而且，为了进一步保证基座20锁定在主轴6上和防止轮毂轴承组件的锁定螺母45松动，多个(优选为三个)锁定定位螺钉47被设置穿过基座20，并且与车轮轴承锁定环49锁紧。
本发明装置的转子24优选具有U形内部58，以容纳从基座20的前端面沿轴向突出的相应的环60。转子24和基座环60的尺寸和结构使得突出环60闭合转子24的U形内部58的后端，但是在转子内部58的前端留下足以形成空气腔32的空隙。
空气腔32中的位于转子24和突出基座环60之间的接触面由密封元件34密封。密封件34通常可以是能够防止空气通过转子24和突出基座环60之间的接触面泄漏的任何类型的元件。
密封元件34优选为具有U形截面的双凸缘密封环。双凸缘密封件34优选包括与突出基座环60的前表面64相连的径向基座部62，以及一对大致圆柱形的相对的凸缘66和67。凸缘66和67由密封件34的径向基座部62的内部和外部圆周边缘沿轴向延伸，并且优选地与转子24的内部轴向侧壁相接触。密封件34可以通过密封保持环74与突出基座环60的前表面64相连，密封保持环74位于密封件34的内部，并且通过螺栓76与突出基座环60的前表面64相连接。密封基座部62和密封保持环74还包括相应的位于基座的空气进入通道38上的孔69，使得空气流入空气腔32。
本发明的装置2中使用的双凸缘密封件34可以采用能够有效地与空气腔32的壁相适应并且密封基座环60与转子24的内部58之间的界面的任何材料制成。材料优选地具有低摩擦系数和高耐磨性。例如，合适的材料包括但不局限于：聚四氟乙烯(PTFE)；聚四氟乙烯(PTFE)与玻璃纤维、二硫化钼的混合物；PTFE与碳的混合物；和橡胶化合物，例如VITON。双凸缘密封件34最优选地由浸渍石墨的PTFE制成。
密封组件的另一个实施例如图7所示。其中，双凸缘密封件34中的密封保持环74由密封支承环75所取代。密封支承环75具有形成在其内外轴向壁中的槽77和79，O型环(优选具有低硬度值)、机械弹簧或者类似的元件81和82容纳在槽77和79中，用于保持密封件34的轴向侧壁66和67抵靠在转子24的内表面。
在又一个实施例中，双凸缘密封件34可以被例如O型环或者类似的元件(未示出)取代，这些元件插入到通过铣削或其他方式形成于转子内部58的基座环60的内外轴向侧壁的槽中或者两者组合的槽中。所述槽可以垂直于基座20的纵向方向，但是优选与基座轴线形成小于或者大于90度的角度，以便向各元件施加润滑剂。
转子24的外环28和转子保持件26相应内部的尺寸和结构优选使得转子24在突出基座环60上能够进行有限范围的轴向运动。如上所述，延伸通过驱动轴毂10的空气输出管16的轴向孔44的尺寸可以允许这样的运动。转子24能够沿轴向靠近或远离基座20调整、和空气输出管16能够在驱动轴毂10的轴向孔44中略微枢转的能力提供了三个自由度，这三个自由端使得本发明的装置2能够特别有效地补偿在本发明装置2、非转动结构6、和/或驱动轴8之间产生的基本上任何的未对准的情况，还可以补偿因受热或者其他因素引起的变形。
尽管上述本发明的装置2包括具有U型内腔58的转子24，该U型内腔58容纳在从非转动基座20突出的环60之上，但是，本领域技术人员应当明了，转子的内腔可以是U型以外的形式，和/或内腔部件和环部件可以相互交换或倒置。例如，本发明的空气输送装置的转动部件可以包括轴向突出的环结构，非转动部件可以包括相应的开口腔体结构，其中容纳由转动部件突出的环结构。
本发明装置2的另一个优点是，空气腔32中的空气压力将转子24压向驱动轴毂10的内侧，这样，基本上所有的本发明系统产生的轴向力和推力负载都传递至转动地支撑轮毂12的圆锥滚子轴承14且由圆锥滚子轴承14所承受。这样，本方明装置2不需要使用分开的止推轴承和/或转子对准轴承。
由车载自动轮胎充气系统或者其他空气源提供的空气通过空气输入管80向本发明的装置2供应，空气输入管80与进气连接环40相连接。空气输入管80优选地在非转动结构6的内壁82和驱动轴8的外壁84之间延伸通过非转动结构6。在非转动结构6的内壁82的前端优选设置有凹部84，以便将空气输入管80的远端与进气连接环40相连接。
由此，当轮胎发生漏气和刺破时，车载自动轮胎充气系统的填充空气将依次流过空气输入管80、进气连接环40中的空气流开口41、基座20的空气环36、形成在基座20中的空气进入通道38、贯穿于双凸缘密封元件34和密封保持环74的孔69、空气腔32、空气输出管16、空气管线19、最终流入轮胎15和/或17。
除了使用空气输入管80之外，向本发明装置2输送空气的进气管道还可以沿轴向贯穿非转动结构6进行钻孔或镗孔得到，和/或空气连接环结构可以在非转动结构6的表面机加工得到，同时省去了空气连接环40。
尽管润滑油通常包含在轮毂12中，在运行中轮毂12转动产生的离心力将会阻碍润滑油到达本发明装置2的转子24。由此，为了润滑和冷却转子24及其相关部件，本发明装置的基座20优选地包括一个或多个集油器件90。集油器件从轮毂12的内部连续收集润滑油，并通过一个或多个通过钻孔或其他方式贯通基座20的油道95将润滑油输送到转子24。或者，如果采用如上所述的O型环结构而不是双凸缘密封件34，润滑油将在O型环之间循环。
适用于本发明装置2的集油器件和系统的例子包括但不局限于：皮托管、管弯头、和具有90度油道的机加工油塞。集油器件90优选为机加工得到的具有90度油道的油塞，油道向外延伸到由离心力保持抵靠轮毂12的转动内壁的润滑油中。在润滑油随着轮毂12转动时，集油器件90将润滑油送入本发明装置2中。
本领域技术人员应当了解，本发明空气输送装置2的转子24和相关部件还可以在没有密封润滑系统的情况下运行，例如，使用具有低摩擦系数的密封件34，同时通过例如空气输出管16将密封摩擦产生的热量从密封件34传到轴毂外部的翅片。
用于输送空气通过动力轴组件的本发明装置的另一个实施例102如图8和9所示。除了本发明装置102采用球轴承组件125之外，本发明的空气输送装置102与本发明的装置2相似，球轴承组件125通过转子保持件126将轴向载荷传递到静止基座120。本发明空气输送装置102特别适用于，例如，车轮轴承包裹在润滑油脂中的动力轴组件。
与本发明的装置2相同，本发明的空气输送装置102包括：空气输出管116，其延伸通过驱动轴毂；基座120，其螺纹连接在主轴外端上；转子124，其随着动力轴转动；转子保持件126，在本实施例中，保持转子124和轴承125；空气腔132，形成在转子124和基座120之间；密封件134，位于空气腔132中；进气连接140，具有与之连接的进气管180；一对O型密封142，位于进气连接140中，抵靠基座120定位。
在本发明空气输送装置102中，轴承组件125安装在转子124和转子保持件126之间，以使得转子124相对于基座120和转子保持件126转动。
本发明组件102可以采用与本发明装置2一样类型的集油器件和润滑系统，以润滑密封件134和轴承125。或者，与本发明装置2相同，可以省去这样的润滑形式，而采用封装的轴承125和由如上所述类型的低摩擦系数材料制成的密封件134。
由此，本发明适用于实现本发明的目的并且获得如上所述的优点及其固有的优点。尽管为了充分公开本发明而详述了本发明的实施例，对于本领域技术人员来说，各种变化和改型也是显而易见的。这样的变化和改型也包括在如权利要求限定的本发明的发明构思之内。

Claims (23)

1.一种用于输送空气通过动力轴组件的装置，所述动力轴组件包括驱动轴，驱动轴延伸通过非转动结构，并且被提供动力以相对于所述非转动结构转动，所述装置包括：
可连接于非转动结构的基座；
可安装在动力轴组件中与驱动轴一同转动的转子，由此，所述转子相对于所述基座转动，并且被设置成在所述转子与所述基座之间形成空气腔；
所述基座包括至少一个空气入口，以将空气输送到所述空气腔中；和
所述转子包括至少一个空气出口，以便空气从所述空气腔中流出。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述基座或者所述转子之一包括突出环结构，并且所述基座或者所述转子中的另一个包括容纳在所述突出环结构上的腔体，以形成所述空气腔。
3.如权利要求2所述的装置，还包括至少一个设置在所述突出环结构上以用于有效地密封所述空气腔的密封件。
4.如权利要求2所述的装置，其中，所述突出环结构由所述基座突出。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述动力轴组件的所述驱动轴包括外部轮毂，并且所述装置还包括连接于所述转子的所述空气出口的空气管道，由此，所述空气管道延伸通过所述外部轮毂。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述转子包括至少两个空气出口，并且所述装置还包括连接于所述空气出口的两个空气管道，由此，所述两个空气管道延伸通过所述外部轮毂。
7.如权利要求1所述的装置，还包括保持件，用于在拆卸所述装置时保持所述转子，其中所述转子相对于所述基座和所述保持件转动。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述非转动结构为主轴。
9.如权利要求1所述的装置，还包括至少一个由所述基座延伸出的集油器。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述集油器为内部设置有油道的机械加工的油塞。
11.如权利要求9所述的装置，还包括所述基座中的油通道，用于将油从所述集油器输送到所述空气腔中的密封件。
12.一种动力轴组件，包括驱动轴，驱动轴延伸通过非转动结构，并且被提供动力以相对于所述非转动结构转动，其改进之处包括：
连接于所述非转动结构的基座；
安装成与所述驱动轴一同转动的转子，由此，所述转子相对于所述基座转动，并且被设置成在所述转子与所述基座之间形成空气腔；
所述基座包括至少一个空气入口，以将空气输送到所述空气腔中；和
所述转子包括至少一个空气出口，以便空气从所述空气腔中流出。
13.如权利要求12所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括：所述基座或者所述转子之一包括突出环结构，并且所述基座或者所述转子中的另一个包括容纳在所述突出环结构上的腔体，以形成所述空气腔。
14.如权利要求13所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括至少一个设置在所述突出环结构上以用于有效地密封所述空气腔的密封件。
15.如权利要求13所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括所述突出环结构由所述基座突出。
16.如权利要求12所述的动力轴组件，其中，动力轴组件还包括由圆锥滚子轴承支撑的轮毂，并且改进之处还包括，所述转子安装成有效地使得所述空气腔中的空气压力产生的轴向力被传递至所述圆锥滚子轴承并且由所述圆锥滚子轴承所承受。
17.如权利要求12所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括所述基座螺纹固定在所述非转动结构的外端上。
18.如权利要求12所述的动力轴组件，其中，所述驱动轴包括外部轮毂，并且改进之处还包括，由所述转子的所述空气出口延伸通过所述外部轮毂的空气管道。
19.如权利要求12所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括：
所述转子具有至少两个空气出口，和
由所述转子的所述两个空气出口延伸通过所述外部轮毂的两条空气管道。
20.如权利要求12所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括连接于所述基座的保持件，所述保持件在拆卸所述装置时将所述转子保持在所述基座上，所述转子能相对于所述保持件转动。
21.如权利要求12所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括由所述基座延伸出的集油器。
22.如权利要求21所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括所述集油器为内部设置有油道的机械加工的油塞。
23.如权利要求21所述的动力轴组件，其中，改进之处还包括所述基座中的油通道，用于将油从所述集油器输送到所述转子。
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