CN102131692A

CN102131692A - 空转链轮组件

Info

Publication number: CN102131692A
Application number: CN2009801334346A
Authority: CN
Inventors: D·M·D·安戈特
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: AU2009288338A1; CN102131692B; WO2010027781A2; EP2315695B1; AU2009288338B2; WO2010027781A3; US7823990B2; EP2315695A4; EP2315695A2; JP2012501272A; US20100052418A1

Abstract

一种用于机械(100)的空转链轮(117)包括绕具有基本圆形的截面的空转轮(116)径向设置的多个齿(120)。多个齿中的每一个包括具有基本一致的倾斜度的至少一个齿腹(120a)，其中多个齿的相邻齿顶之间的距离在能够与空转轮接合的履带链节(112)的相邻栓构件(113)的中央轴线之间的距离的30％到90％之间。

Description

空转链轮组件

技术领域

本发明总体涉及用于机械驱动系统的空转轮组件，更特别地，涉及用于机械的牵引装置的空转链轮组件。

背景技术

履带型机械通常包括具有多个联锁的链节的履带组件，每个链节联接至地面接合牵引板。相邻的链节可以通过横向设置的履带栓互相连接以形成连续的链。套管可以绕履带栓设置并且能够在履带栓的表面提供可转动的接触面。套管能够接合驱动链轮毂的一部分。当驱动马达转动驱动链轮毂时，驱动链轮毂的齿与套管之间的间隔接合，迫使履带链节沿毂的转动方向运动，从而推进机械。

在很多传统的履带驱动系统中，因为履带链绕履带框架转动，所以空转轮的表面能够接触每个链节的上边缘(或“磨损表面”)，导致特别是当链节在空转轮和地面之间转动时每个链节的上边缘承受机械的重量的大部分。该接触在空转轮的表面和链节的磨损表面之间产生高摩擦系数。因此，空转轮和摩损表面之间的任何滑动或移动可能导致空转轮/链节接触面处的显著磨损。如果让这一现象持续下去，该磨损可能在链节的表面上磨出凹槽，从而形成一种通常被称为“扇形磨损”的特别的磨损形式。因此，为了减少由于空转轮/履带链节磨损所产生的维修和替换费用，可能需要减少空转轮/履带链节接触面处的磨损的履带组件设计。

授权予Yamamoto等人的美国专利No.6883876(’876专利)中说明了用于减少空转轮/履带链节磨损的至少一种系统。’876专利公开了一种履带组件，其包括多个链节构件，其中相邻的链节构件通过横向延伸的栓构件连接在一起，栓构件上安装有套管构件以便于套管构件绕栓构件转动。履带组件还包括具有第一和第二端部的滚子框架，第一和第二端部包括适于接合套管以减少与履带链节的磨损表面的接触的第一和第二空转链轮。每个链轮之间的接触表面基本是凹形的(或弓形的)以基本适应链节套管的形状和直径。

虽然’726专利的系统可以减少空转轮与履带链节的表面之间的接触，从而显著减少由于空转轮和履带链节的接触面处的摩擦而导致的空转轮和履带链节磨损，但是它仍会产生大量噪声和振动。例如，’726专利的空转链轮组件的形状基本是凹形的。因此，’726专利的空转链轮主要被设计为在链轮齿之间的间隙的根部处接合套管。因此，当在不平整地形上行进时，车辆重量比在平整地形上时更加剧烈地变化，套管与间隙的根部的接触的力通常足以产生显著的振动和噪声。因此，为了进一步降低与履带型机械相关联的噪声和振动，仍需要一种缓冲或减少空转轮与套管接触的力的系统。

发明内容

根据一个方面，本发明涉及一种用于履带型机械的空转轮，包括绕具有基本圆形的截面的空转轮径向地设置的多个齿。所述多个齿中的每一个包括具有基本一致的斜度的至少一个齿腹，其中，所述多个齿的相邻齿顶之间的距离在能够与所述空转链轮接合的履带链节的相邻栓构件的中央轴线之间的距离的30％到90％之间。

根据另一个方面，本发明涉及一种用于履带型机械的履带组件，包括多个链节构件和多个栓构件，其中每个栓构件能够将相邻的链节构件联接在一起以形成履带链。多个栓构件中的每一个可以包括绕其圆柱形表面设置的套管。所述履带组件还可以包括至少一个空转轮，所述至少一个空转轮包括绕其表面设置的多个齿，所述至少一个空转轮能够接合所述套管的一部分并且基本限制所述至少一个空转轮与所述多个链节构件的表面之间的接触，其中所述多个齿中的一个或多个包括具有基本一致的斜度的齿腹。

根据又一个方面，本发明涉及一种履带型机械，包括用于产生转矩输出的驱动机构、以及操作地联接至驱动机构并且能够响应于驱动机构所产生的转矩输出而旋转的驱动链轮。所述履带型机械还可以包括履带组件，其包括多个链节构件和多个栓构件，每个栓构件能够将相邻的链节构件联接在一起以形成履带链。多个栓构件中的每一个可以包括绕其圆柱形表面设置的套管。所述履带组件还可以包括至少一个空转轮，所述至少一个空转轮包括绕其表面设置的多个齿，所述至少一个空转轮能够接合所述套管的一部分并且基本限制所述至少一个空转轮与所述多个链节构件的表面之间的接触，其中所述多个齿中的一个或多个包括具有基本一致的斜度的齿腹。

附图说明

图1示出根据所公开的实施方式的一种示例性的履带型机械；

图2示出图1的根据所公开的实施方式的履带型机械的履带组件的示例性的部分；

图3示出根据所公开的实施方式的示例性的空转链轮/履带链节接触面的放大侧视图；

图4示出用于与图2所示的示例性的履带组件一起使用的示例性的空转链轮的侧视图；且

图5示出与所公开的实施方式一致的一种示例性的空转链轮的一部分的透视图。

具体实施方式

图1示出根据所公开的实施方式的一种示例性公开的履带型机械100。履带型机械100可以是通过操作“连续的”履带型牵引装置来驱动、推进、定位和/或操纵的任何机械。这种机械可以包括例如履带型拖拉机、滑移式装载机、推土机、挖掘机、反向铲、履带式装载机、前铲机、或任何其他类型的可履带操纵的机械。履带型机械100可以包括驱动机构101、安装在驱动毂103上并且联接至驱动机构101的驱动链轮102、以及通过驱动链轮102操作地联接至驱动机构101并且能够在被驱动机构101驱动时推进机械的履带组件110。

驱动机构101可以包括能够产生转矩输出的一个或多个部件。例如，驱动机构101可以包括任何适合类型的内燃机，例如汽油、柴油、天然气或混合动力发动机或涡轮。替代地或额外地，驱动机构101可以包括电联接至电功率源并且能够将来自电功率输出的电能的至少一部分转化为机械能的电动马达。根据又一种实施方式，驱动机构可以包括流体连接至液压泵并且能够将泵增压的流体转化为转矩输出的液压马达。

驱动链轮102可以通过轴(未示出)联接至驱动机构101，轴可以联接至驱动机构以提供将驱动机构101产生的转矩传递至驱动链轮102的接口。例如，驱动链轮102可以固定至(例如焊接、螺栓固定、热联接等)与轴(未示出)相关联的毂103，使得驱动链轮102响应于驱动机构101产生的转矩而转动。根据一种实施方式，驱动链轮102可以通过驱动轴直接联接至驱动机构。替代地，驱动链轮102可以通过转矩转换器(例如齿轮箱、变速器等)联接至驱动机构101，使得驱动链轮102的转动与驱动机构101产生的转矩成比例。

驱动链轮102可以包括能够接合履带组件110的一部分的多个齿104，使得施加于驱动链轮的转动力被传递至履带组件110。驱动链轮102的齿104可以具有适于接合并转动履带组件的任何适合的尺寸和形状。根据一种实施方式，相邻齿104的侧面可以提供用于接合履带组件110的圆柱形套管114的基本凹形的布置。

履带组件110可以包括形成机械100的驱动系统的地面接合部分(即“连续的”履带)的多个部件。履带组件110可以包括具有多个链节构件112的链组件111、滚子框架组件115、诸如空转链轮117的至少一个空转轮，以及多个滚子118。履带组件110的上述部件仅是示例性的，而不意于是限制性的。因此，可以想到，履带组件110可以包括与上述不同的和/或额外的部件。例如，履带组件110还可以包括多个履带板119，履带板119可以固定至每个链节构件112以为链节构件112提供保护性的有花纹的覆盖。

链组件111可以包括联接在一起以形成连续的链条接地履带的多个链节构件112。例如，相邻的(例如连续的)链节构件，诸如链节构件112a、112b和112c可以通过多个栓构件113联接在一起，每个栓构件具有设置在其上的可转动的套管114。可转动的套管114可以与驱动链轮102接合，驱动链轮102在被驱动机构101驱动时可以迫使链组件111沿驱动链轮102的转动方向运动。

滚子框架组件115可以包括一个或多个轴和/或用于支撑机械100的大部分重量的任何其他适合的结构。根据一种实施方式，滚子框架组件115可以是机械100的主框架或底盘，机械100的很多部件(例如驱动机构101、驱动链轮102、操作舱等)可以安装和固定在滚子框架组件115上。虽然图1示出履带型机械100包括单个滚子框架组件，但是可以想到，履带型机械100可以包括多个滚子框架组件。根据一种实施方式，履带型机械100可以包括用于与机械100相关联的每个履带组件110的至少一个滚子框架组件115。

滚子框架组件115可以包括第一部分115a和第二部分115b。根据一种实施方式，第一部分115a可以是滚子框架组件115的前端，且第二部分115b可以是滚子框架组件115的后端。滚子框架组件115的第一部分115a和第二部分115b中的每一个可以包括空转轮毂116，空转轮毂116上能够安装空转轮，例如空转链轮117。

滚子框架组件115可以被构造成接收多个滚子118，多个滚子协作以提供平台，在履带型机械100的行进过程中，滚子框架组件115可以在该平台上滚动。滚子118可以是能够与链组件111相互作用以当链组件111绕滚子框架组件115行进时引导并定位链组件111的任何适合类型的重载车轮。滚子118可以固定至滚子框架组件115的底部以使得每个滚子118的一部分基本在由链组件111的联锁的链节构件112所形成的通道内在套管114上行进。

如上所述，第一部分115a和第二部分115b中的每一个可以包括空转轮毂116，空转链轮117可以安装在空转轮毂上。空转链轮117可以提供绕滚子框架组件115引导链组件111的机械接口，并且提供用于将链组件的位置基本保持在机械100下方的横向支撑。例如，如图1所示，当履带型机械100向前行进时，与滚子框架组件的第一部分115a相关联的空转链轮117可以接收来自驱动链轮102的链组件111并且绕前部115a引导链组件111，将链组件111保持就位以便于滚子118接合。类似地，与第二部分115b相关联的空转链轮117可以接收来自滚子框架组件115下方的滚子118的链组件111并且绕第二部分115b引导链组件111，将链组件保持就位以便于驱动链轮102接合。

虽然图1示出为“上驱”机械(即机械具有升高的驱动系统和两个空转轮)，可以想到，与所公开的实施方式一致的空转轮结构可以适用于任何履带型机械。例如，空转链轮117可以适用于椭圆形履带机械，其中驱动系统与非驱动轮(在该情况下即空转链轮117)成一直线。因此，空转链轮117可以适用于任何履带型机械，不管与使用其的机械相关联的驱动系统的尺寸、类型和结构。

如图2所示，空转链轮117可以包括绕空转链轮117的周向边缘121径向设置的多个齿120。多个齿120中的每一个可以包括多个倾斜的齿腹120a，每个齿腹120a能够提供与链节构件112的套管114接合的斜面型表面。这种倾斜的表面使得套管114能够逐渐地接合周向边缘121，从而减少套管114和周向边缘121的突然接触可导致的噪声和振动。

与多个齿120中的每一个相关联的齿腹120a可以被设计和加工成具有适于减少套管114与空转链轮117的接触所导致的噪声和振动的任何倾斜值。根据一种实施方式，每个齿腹120a可以具有一致的倾斜值(即沿着齿腹120a的整个长度具有单个倾斜值)。但是可以想到，每个齿腹120a可以被设计为具有多个倾斜值，从而例如当套管从齿腹的上部向靠近周向边缘121的齿腹下部行进时能够提供与齿腹120a之间更加渐进的接触面。图3提供空转链轮117的齿形结构的更具体的示图。

图3示出齿120和与链组件111相关联的链节构件112之间的接触面的放大侧视图。如图3的示例性的实施方式所示，每个齿腹120a可以具有基本一致的斜度。通过提供具有一致的斜度以及相对平缓的斜角的齿腹，链节构件112的套管114到达齿腹120a的下部时，在离开与齿腹120a的接触之前就与周向边缘121接触。这种过渡可以防止套管(以及与其相应的一部分机械重量)与空转轮突然接触，从而使通常与这种突然接触相关联的过度振动和噪声得到限制或最小化。当机械在不平整的地形上行进时这一点是特别有利的，此时横向和不一致的履带运动可能使得机械底盘更容易受到与机械在这种地形上行进时的“跳动”和“震动”相关联的噪声、振动和磨损。

多个齿120中的每一个可以均匀地间隔并且可以从周向边缘121径向伸出。根据一种实施方式，多个齿120中的每个之间的间隔可以由下式定义：

d_{1} \approx \frac{2}{3} \cdot d_{2}

公式1

其中d₁表示空转链轮117的齿距(即一个齿的中央与相邻齿的中央之间的距离)且d₂表示链节构件112的节距(即与链节构件112相关联的套管114的中央之间的距离)。应当注意，公式1近似地基于例如套管114的周界、套管114之间的距离、链节构件112的尺寸以及履带组件110的其他类似规格。因此，可以想到，在不脱离本发明的范围的情况下，多个齿120中的每一个之间的间隔可以不同。因此，公式1仅仅是示例性的而不是限制性的。

例如，作为公式1的替代或除公式1之外，多个齿中的每一个之间的间隔可以基于履带组件110中将要使用的链节构件的尺寸经验地得出。例如，如图3所示，空转链轮117的齿距可以被定义为使得当链节构件112与链轮齿的齿顶对中时，链节构件112的每个套管114在位于与链节构件112对中的链轮齿两侧的齿腹120a的倾斜部分上接触空转链轮117。该间隔使得链节构件112能够在齿腹上上下回转，这与传统的弓形空转轮组件相比提供了在不平整地形上的更好的运动灵活性。此外，多个齿120中的每一个的倾斜的齿腹使得每个套管114能够更渐进地落在周向边缘121上。

换句话说，多个齿120中的每一个之间的间隔可以被限定为使得多个齿的相邻齿顶之间的距离在能够与空转轮接合的履带链节的相邻栓构件的中央轴线之间的距离的预定阈值内。根据一种实施方式，多个齿120中的每一个之间的间隔可以被限定为使得多个齿的相邻齿顶之间的距离在能够与空转轮接合的履带链节的相邻栓构件的中央轴线之间的距离的30％到90％之间。根据另一种实施方式，多个齿120中的每一个之间的间隔可以被限定为使得多个齿的相邻齿顶之间的距离在能够与空转轮接合的履带链节的相邻栓构件的中央轴线之间的距离的60％到70％之间。在又一种实施方式中，多个齿120中的每一个之间的间隔可以被限定为使得多个齿的相邻齿顶之间的距离是能够与空转轮接合的履带链节的相邻栓构件的中央轴线之间的距离的约2/3。

可以想到，空转链轮117可以被制造为单个元件，其中多个齿120中的每一个由单块材料整体地形成。替代地，如图4和图5所示，空转链轮117可以由多个独立制造的部件组装而成。例如，如图4所示，空转链轮117可以包括空转轮部分123，空转轮部分123具有用于安装多个独立的链轮齿段125的多个孔124，每个链轮齿段具有对应于与空转轮123相关联的孔124的多个孔。因此，可以通过使用紧固装置128(例如螺母和螺栓、机螺栓、铆钉、以及任何其他适合的机械紧固装置)将每个链轮齿段125固定至空转轮部分123。替代地或额外地，一个或多个链轮齿段125可以使用临时或永久性焊接技术固定至空转轮123。

根据一种示例性的实施方式，每个链轮齿段125可以包括被设计为配合在与空转轮123相关联的对应凹槽(未示出)中的突缘125a。突缘125a可以被配置为确保每个链轮齿段125的正确对准。此外，当突缘125a正确地定位并固定在空转轮123的凹槽中时，突缘125a可以防止链轮齿段125的横向运动和/或扭转。

工业实用性

与这里所公开和说明的实施方式相一致的履带组件系统提供了用于解决与履带型机械的底盘相关联的振动、噪声和磨损的技术方案。具体来说，这里说明的链轮齿的倾斜齿腹设计和间隔提供了使得链组件111的链节构件112能够基于机械的负载分布需求回转的系统。与此相反，利用弓形滚子的传统履带组件主要由于连续的齿的齿腹所形成的陡峭的且有些深的凹槽而不允许沿齿腹的运动。此外，虽然传统的非链轮组件可以允许在不平整地面的负载状况下更加灵活的运动，但是不能提供用于缓冲套管114落到空转轮的周向边缘上的倾斜的接触面。

虽然所公开的实施方式被说明和示出为与履带型的建筑或矿业车辆相关联，但是它也可以适用于希望减轻或消除由于链组件与空转轮之间的突然接触而导致的振动、噪声和磨损的任何机械环境。具体来说，这里所说明的链轮组件特别有利于依靠空转滑轮或空转轮来接合、支撑和引导链驱动机械的机械系统，因为它能够减少由于链与空转轮的接触面处的摩擦而导致的不必要的振动、噪声和磨损。

这里公开的具有空转链轮的履带组件可以具有若干优点。例如，这里所说明的履带组件提供具有倾斜齿腹齿的空转轮，这允许当负载的重量分布在履带上时绕空转轮行进的套管沿着斜坡的长度逐渐地运动。因此，这里公开的履带组件能够显著地减少与履带套管对圆形空转轮(非链轮空转轮)的摩擦和/或撞击相关联的、以及/或履带套管沿着一些传统的空转轮的陡峭的弓形齿腹相关联的振动、噪声和磨损。

此外，特别是在非平整地形上，与传统的履带组件相比，与所公开的实施方式一致的履带组件可以导致操作员的乘坐更平顺得多。例如，因为这里说明的履带系统提供倾斜的、斜坡型的齿，使得当作用于牵引装置的重量变化时机械能够在齿的齿腹之间回转，所以套管和链节构件能够具有一定的运动灵活性，使得套管和链节能够与周围地形实现平衡点。相反的，大多数传统的空转链轮，例如弓形空转链轮使得套管不具有足够的自由度以分配重量，这在套管与齿之间的接触面形成不平衡力。一旦套管从齿之间释放这些力没有对抗，导致履带组件中的大量振动和噪声。

此外，这里公开的一些实施方式公开了一种通过将多个链轮齿段安装到共有的空转轮上来组装空转链轮的技术方案。通过不同的空转链轮使用通用的空转轮定制，可以显著地减少与生产和采购用于不同尺寸和类型的机械中的每一种的多个空转链轮相关联的存储、生产和存货管理的成本。例如，制造的每个机械可以装备相同的空转轮，不管该机械所需要的链组件的类型和尺寸如何。在制造后，接着机械可以定制有适合尺寸的齿段，这比单个整体式空转链轮具有基本更小的占地面积，从而减小存储成本。此外，因为同样的空转轮可以用于每个机械，所以，与用于每个机械的不同空转轮的制造和生产相关联的成本也可以被减小或消除。

此外，通过提供允许替换单独的齿段的空转轮组件，可以显著地减少维修成本。例如，如果在机械的操作过程中一个或多个齿被磨损或损坏，仅与磨损或损坏的齿相关联的齿段需要替换，而不需要移除和替换整个空转轮。因此，与替换整个空转轮组件相关联的成本相比，与维修相关联的材料成本可以局限于损坏的齿段。此外，因为替换独立的齿段(这仅需要移除空转轮周边的若干个螺栓)所需要的时间基本上比替换整个空转轮(这需要移除履带组件)所需要的时间更短，所以这里公开的系统可以减少相关联的机械故障时间和生产成本。

Claims

1.一种用于机械(100)的空转链轮(117)，包括：

多个齿(120)，其绕具有基本圆形的截面的空转轮(116)径向地设置，所述多个齿中的每一个包括具有基本一致的斜度的至少一个齿腹(120a)，

其中，所述多个齿的相邻齿顶之间的距离在能够与所述空转链轮接合的履带链节(112)的相邻栓构件(113)的中央轴线之间的距离的30％到90％之间。

2.根据权利要求1所述的空转链轮，其中，所述多个齿的相邻齿顶之间的距离在所述履带链节的相邻栓构件的中央轴线之间的距离的60％到70％之间。

3.根据权利要求1所述的空转链轮，其中，所述多个齿的相邻齿顶之间的距离为所述履带链节的相邻栓构件的中央轴线之间的距离的约2/3。

4.根据权利要求1所述的空转链轮，其中，所述多个齿中的每一个包括基本三角形的截面。

5.根据权利要求1所述的空转链轮，其中，所述栓构件中的每一个包括绕所述栓构件的圆柱形表面设置的套管(114)，且其中所述多个齿的相邻齿顶之间的距离被限定为使得当所述履带链节与第一齿的中央对中时，与所述履带链节相关联的套管(114)在与所述第一齿相邻的第二齿腹的倾斜表面处与所述空转链轮接触。

6.根据权利要求1所述的空转链轮，其中所述栓构件中的每一个包括绕所述栓构件的圆柱形表面设置的套管(114)，且其中所述多个齿的相邻齿顶之间的距离被限定为使得当所述履带链节与第一齿的中央对中时，与所述履带链节相关联的套管在所述第一齿两侧的各个齿腹的倾斜表面处与所述空转链轮接触。

7.一种用于机械的履带组件，包括：

多个链节构件(112)；

多个栓构件(113)，其中每个栓构件能够将相邻的链节构件联接在一起以形成履带链(111)，且每个栓构件包括绕所述栓构件的圆柱形表面设置的套管(114)；以及

至少一个空转轮(117)，其包括绕所述至少一个空转轮的表面设置的多个齿(120)，所述至少一个空转轮能够接合所述套管的一部分并且基本限制所述至少一个空转轮与所述多个链节构件的表面之间的接触；

其中，所述多个齿中的一个或多个包括具有基本一致的斜度的齿腹(120a)。

8.根据权利要求7所述的履带组件，其中，所述空转轮的齿距小于所述多个链节构件中的每一个的节距。

9.根据权利要求7所述的履带组件，其中，所述空转轮的齿距为所述多个链节构件中的每一个的节距的约2/3。