CN103348151B - 圆柱滚子轴承装置 - Google Patents

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Abstract

一种圆柱滚子轴承(60)，包括：环形外座圈(62)；环形内座圈(64)；俘获于内座圈(64)与外座圈(62)之间的多个滚子(68)；以及保持架(66)，其将多个滚子(68)操作地连接在一起用于滚子(68)在内座圈与外座圈之间的旋转运动和回转运动。内座圈(64)相对于待支承的径向负载而具有扩大的内径和减小的厚度。

Description

圆柱滚子轴承装置
技术领域
本发明的实施例涉及用于非公路用车辆的轮驱动组件，并且更特定而言，涉及用于这样的轮驱动组件中的圆柱滚子轴承。
背景技术
非公路用车辆(“OHV”)，例如用于拖运从露天矿挖掘的较重有效负载的矿车，通常采用机动轮用于以节能方式使车辆推进或减速。特别地，OHV通常使用结合交流发电机的较大马力的柴油机、主牵引逆变器和容纳于车辆的后轮胎内的一对轮驱动组件。柴油机与交流发电机直接相关联，使得发动机驱动交流发电机。交流发电机继而向主牵引逆变器供电，主牵引逆变器向两轮驱动组件的电动马达供应具有受控制的电压和频率的电力。各个轮驱动组件容纳行星齿轮传动装置，行星齿轮传动装置将相关联的驱动马达能量的旋转转换成供应到后轮的高扭矩低速旋转能量输出。
由于OHV的重量带来针对这样的车辆的操作和维护的挑战，迫切地期望减小总体车辆重量。因此，通常期望提供尽可能轻的轮组件部件，例如，滚子轴承。
发明内容
在一实施例中，圆柱滚子轴承包括环形外座圈、环形内座圈、俘获于内座圈与外座圈之间的多个滚子、以及保持架，保持架将多个滚子操作地连接在一起用于滚子在内座圈与外座圈之间的旋转运动和回转运动。内座圈相对于待支承的径向负载而具有扩大的内径和减小的厚度。
在另一实施例中，一种用于非公路用车辆的轮组件，包括：轮框；具有环形齿轮的扭矩管；轮毂，其固定到扭矩管并且支承于轮框上；以及在轮框内花键连接到电动马达的轴的太阳齿轮轴，太阳齿轮轴具有太阳齿轮，太阳齿轮与承载于行星齿轮轴上的多个行星齿轮啮合，行星齿轮轴具有与扭矩管的环形齿轮接合的小齿轮并且被多个推力轴承和至少一个圆柱滚子轴承支承于轮框。至少一个圆柱滚子轴承具有：环形外座圈；环形内座圈，其具有比外座圈减小的厚度和扩大的内径以便允许组装于行星齿轮轴的小齿轮上；俘获于外座圈与内座圈之间的多个滚子；以及保持架，其将多个滚子操作地连接在一起。
在另一实施例中，用于在非公路用车辆的轮驱动组件内支承径向负载的圆柱滚子轴承包括：环形外座圈、环形内座圈、俘获于内座圈与外座圈之间的多个滚子、以及保持架，保持架将多个滚子操作地连接在一起用于滚子在内座圈与外座圈之间的旋转运动和回转运动。内座圈具有大约228毫米的内径和大约11毫米的厚度，并且滚子轴承具有大约217000磅(98636 kg)的动态额定负载。
附图说明
参考附图，通过阅读非限制性实施例的下文的描述，本发明将会被更好地理解，在附图中：
图1示出了OHV的透视图。
图2示出了局部透视剖视图，示出了图1所示的OHV的轮驱动组件。
图3示出了根据本发明的实施例而用于与圆柱滚子轴承一起使用的图2所示的轮驱动组件的透视图。
图4示出了图2所示的轮驱动组件的侧视截面图，包括根据本发明的实施例的圆柱滚子轴承。
图5示出了自图4的细节图，包括圆柱滚子轴承。
图6示出了根据本发明的实施例的图4至图5所示的圆柱滚子轴承的透视图。
图7示出了图4至图6所示的圆柱滚子轴承的侧视截面详细视图。
图8示出了图4所示的轮驱动组件的轮框的透视图。
具体实施方式
在下文中将详细地参考本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。在可能的情况下，在所有附图中使用的相同参考标号始终指代相同或相似部件。
发明性轴承的实施例如图1和图2所描绘被构造成用于与OHV 10的轮组件16一起使用。如图所示，OHV 10被支承于成对的双后驱动轮胎组件12上和单个前转向轮胎组件14上。每对后驱动轮胎组件12安装于轮组件16上。这种OHV的规模可为庞大。例如，OHV 10可在空载的情况下重达超过两百六十(260)吨。
参考图3，各个轮组件16包括轮框18、扭矩管20和轮毂22，轮毂22被紧固到扭矩管并且支承于轮框上。在实施例中，扭矩管栓接到轮毂22，轮胎组件12可栓接到轮毂22，如在本文中进一步论述的那样。与轮毂22在轴向相邻，制动组件24也安装到轮框18上，但并不紧固到轮毂。与制动组件24在轴向相反，齿轮罩48安装到轮框18上。
各个轮组件16可通过设于轮框18上的安装凸缘28而栓接到车辆10。轮框18从安装凸缘28径向地渐扩，穿过大致圆锥形或双曲线形的过渡部30而到主圆筒形或实质圆筒形的筒体部32(在图4中示出)。扭矩管20包括与轮框18的安装凸缘28相邻的环形齿轮34，并且还包括管筒体36，管筒体36从环形齿轮34沿着轮框而延伸到轮毂凸缘38。
参考图4，环形齿轮34与行星小齿轮40接合，行星小齿轮40容纳于轮框18中并且经过轮框18而突出。轮毂凸缘38为轮毂22的整体部分。通过将扭矩管20附连到轮毂22并通过使扭矩管20与行星小齿轮40接合，从而绕轮框18的筒体部32支承扭矩管20。
如图4所示，内侧轮胎组件12a和外侧轮胎组件12b可栓接到轮毂22上。在轮毂22内，轮框18的筒体部32从过渡部30延伸到环形轮毂端表面42，制动组件24安装到环形轮毂端表面42。与轮毂端表面42相邻，电牵引马达44容纳于轮框18内。从电马达44起，轴46沿着轮框18在中心朝向靠近安装凸缘28的第一端突出并且朝向制动组件24内的第二端突出。在制动组件24内，制动转子48安装到轴46的第二端上。在轮框18的过渡部30内，太阳齿轮轴50被花键连接到轴46的第一端。靠近齿轮罩26而布置的太阳齿轮轴50的端形成为太阳齿轮52。太阳齿轮52与多个行星齿轮54啮合，各个行星齿轮54被承载于带有行星小齿轮40之一的共同轮轴56上，行星小齿轮40与扭矩管环形齿轮34的内齿啮合。在实施例中，存在三个行星齿轮54、三个行星轮轴56和三个小齿轮40。如上文所论述的那样，扭矩管20支承于小齿轮40与轮毂22之间。在实施例中，太阳齿轮、行星齿轮、行星小齿轮和环形齿轮提供从牵引马达44到扭矩管20的高传动比。
现转至图5至7，各个行星轮轴56由成对的推力轴承58并由圆柱滚子轴承60支承于轮框18。各个圆柱滚子轴承60组装到所附连的行星小齿轮40上的行星轮轴之一上。特别地，如图6所示，在本发明的一实施例中，各个滚子轴承60包括外座圈62、内座圈64、保持环66和由保持环俘获于外座圈与内座圈之间的多个滚子68。各个圆柱滚子轴承60的内座圈64具有尺寸定制成在小齿轮40上经过的内径，而各个滚子轴承的外座圈62具有尺寸定制成装配到轮框18内的外径，如在下文中进一步论述。在一些实施例中，通过提供扩大的内径和减小的内座圈厚度的内座圈64而满足在圆柱滚子轴承60上的尺寸约束。在选定实施例中，内座圈64被全部硬化来实现针对其减小厚度的增强的疲劳强度。
参考图5并且也参考图8，轮框18形成为一体的或无接头的结构，例如通过铸造工艺。轮框18的过渡部30与安装凸缘28且与筒体部32一体地形成。轮框18的过渡部30限定从轮框18的径向朝向内的表面延伸到过渡部30的径向朝向外的表面的多个行星小齿轮开口或孔口70。在实施例中，三个小齿轮孔口70设于适合接纳行星齿轮的小齿轮40的位置，行星齿轮被设置为容纳于轮框18内。各个小齿轮孔口70限定用于接纳圆柱滚子轴承60之一的径向轴承安装部72，并且包括径向向外凹入的杯形部74，杯形部74针对径向轴承安装部72提供结构刚度，同时也提供小齿轮40与安装于轮框18上的环形齿轮34的内齿的接合。用于接纳推力轴承58的推力轴承安装部76，与各个小齿轮孔口70相邻，与相对应径向轴承安装部72在轴向相对并且对准，形成为整体轮框18的显著增厚部。因此，径向轴承安装部72和推力轴承安装部76一起吸收轮框18与各个行星轮轴56之间转移的负载。
在实施例中，推力轴承安装部76周向地间隔开，而非形成为绕轮框18的持续增厚环的部分。备选地或附加地，小齿轮孔口70和推力轴承安装部76在周向对称间隔开并且在轴向相互对准。备选地或附加地，凹入杯形部74的边缘由与安装凸缘28实质共面布置的支承环78联结。备选地或附加地，支承环78继而通过由径向轴承安装部72形成的中间环80联结到安装凸缘28。
由于滚子轴承安装部72、凹入杯形部74、推力轴承安装部76和支承环78的相互布置，因而行星轮轴56上的负载转移，使得圆柱滚子径向轴承60相对于针对类似设计的轴负载的先前规定的滚子轴承而能够具有减小的内座圈直径和厚度，并因此具有减小的总体直径。因此，也能够在比先前可能的轮框过渡部30和安装凸缘28更小并且更轻的轮框过渡部30和安装凸缘28内包装三个行星轮轴56和相关联的齿轮装置40、54。
按照本发明，为了实现充分高的传动比，增加轮组件内小齿轮40的行星小齿轮齿距直径并因此增加小齿轮外径。然而，为了将滚子轴承60装配于扩大的小齿轮40上，滚子轴承60的内座圈的内径将通常必须增加，其不期望地转变为轴承总体增加的尺寸(因此增加了轮组件的尺寸和重量)。因此，本发明的实施例提供用于与扩大的小齿轮40一起使用的圆柱滚子轴承，其中，维持滚子轴承60的所有尺寸和额定负载，但是其中，内径或内座圈64扩大，并且减小了内座圈64的横截面厚度，以使得滚子轴承60装配于扩大的小齿轮40上。
在一实施例中，圆柱滚子轴承60各具有大约217000 lbs(98636 kg)的动态额定负载、大约389000 lbs(176818 kg)的静态额定负载和大约42900 lbs(19500 kg)的疲劳负载极限。在一实施例中，在带有这些额定负载的情况下，滚子轴承具有大约228毫米的内径和大约11毫米的厚度的内座圈64以及具有大约299毫米的内径和大约20.5毫米的厚度的外座圈62。在一实施例中，外座圈的厚度与内座圈的厚度之比为大约1.86：1，并且内座圈直径与内座圈厚度之比为大约10：1。
因此，本发明提供一种圆柱滚子轴承，其具有内座圈，内座圈相对于待支承的径向负载而具有扩大的内径和减小的厚度。特别地，内座圈的扩大的内径和减小的厚度排除了利用标准滚子轴承的需要，标准滚子轴承具有内座圈而该内座圈具有增加的厚度和因此总体上增加的尺寸和重量，以装配于轮组件的扩大的小齿轮40上，这将不期望地总体上转变为轮组件16增加的尺寸和重量。
在使用中，本发明的实施例可包括减小重量的圆柱滚子轴承，用于在非公路用车辆上所用的轮驱动组件内支承径向负载。圆柱滚子轴承包括环形外座圈、环形内座圈、俘获于内座圈与外座圈之间的多个滚子、以及保持架，保持架将多个滚子操作地连接在一起用于滚子在内座圈与外座圈之间的旋转运动和回转运动。内座圈相对于待支承的径向负载而具有减小的直径和厚度。特别地，内座圈具有比预期用于与高比例行星齿轮装置一起使用的内座圈更小的直径。
在一实施例中，提供一种圆柱滚子轴承。圆柱滚子轴承包括环形外座圈、环形内座圈、俘获于内座圈与外座圈之间的多个滚子、以及保持架，保持架将多个滚子操作地连接在一起用于滚子在内座圈与外座圈之间的旋转运动和回转运动。内座圈相对于待支承的径向负载而具有扩大的内径和减小的厚度。内座圈的内径可为大约228毫米并且内座圈的厚度可为大约11毫米。外座圈的厚度可为大约20.5毫米。因此，外座圈的厚度与内座圈的厚度之比可为大约1.86：1。根据这些技术条件，滚子轴承可具有大约217000磅的动态额定负载、大约389000磅的静态额定负载和大约42900磅的疲劳负载极限(分别为98636 kg、176818 kg和19500 kg)。
在另一实施例中，一种用于非公路用车辆的轮组件，包括：轮框；具有环形齿轮的扭矩管；轮毂，其固定到扭矩管并且支承于轮框上；以及在轮框内花键连接到电动马达的轴的太阳齿轮轴，太阳齿轮轴具有太阳齿轮，太阳齿轮与承载于行星齿轮轴上的多个行星齿轮啮合，行星齿轮轴具有与扭矩管的环形齿轮接合的小齿轮并且被多个推力轴承和至少一个圆柱滚子轴承支承于轮框。至少一个圆柱滚子轴承具有：环形外座圈；环形内座圈，其具有比外座圈减小的厚度和扩大的内径以便允许组装于行星齿轮轴的小齿轮上；俘获于外座圈与内座圈之间的多个滚子；以及保持架，其将多个滚子操作地连接在一起。轮组件也可包括制动组件，其与轮毂在轴向相邻并且安装到轮框上。内座圈的内径可为大约228毫米并且内座圈的厚度可为大约11毫米。外座圈的厚度可为大约20.5毫米。因此，外座圈的厚度与内座圈的厚度之比可为大约1.86：1。根据这些技术条件，滚子轴承可具有大约217000磅的动态额定负载、大约389000磅的静态额定负载以及大约42900磅的疲劳负载极限(分别为98636 kg、176818 kg和19500 kg)。
在另一实施例中，用于在非公路用车辆的轮驱动组件内支承径向负载的圆柱滚子轴承包括：环形外座圈、环形内座圈、俘获于内座圈与外座圈之间的多个滚子、以及保持架，保持架将多个滚子操作地连接在一起用于滚子在内座圈与外座圈之间的旋转运动和回转运动。内座圈具有大约228毫米的内径和大约11毫米的厚度，并且滚子轴承具有大约217000磅(98636 kg)的动态额定负载。此外，滚子轴承可具有大约389000磅(176818 kg)的静态额定负载和大约42900磅(19500 kg)的疲劳负载极限。滚子轴承的内座圈可被全部硬化。如本文所用的术语“大约”限定为表示给定值的正或负的百分之五。
应理解上文描述旨在说明性而非限制性。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此组合地使用。此外，可做出许多修改以在不偏离本发明的范围的情况下使特定情形或材料适应本发明的教导内容。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定所公开的主题的参数，但它们无限制意义且为示例性实施例。通过阅读上文的描述，本发明的许多其它实施例将对于本领域的普通技术人员显而易见。因此，应参考所附权利要求，以及所附权利要求授权的等效物的全部范围来确定发明性主题的范围。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的简要英语等效物。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，且并不旨在对其目标加以数值需求。
所撰写的说明书使用了示例来公开本发明的若干实施例，包括最佳模式，并能够使本领域的任何普通技术人员实践发明的实施例，包括制造并使用任何装置或系统且执行任何所合并的方法。发明的可专利的范围由权利要求限定，并可包括本领域的普通技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同的结构元件，那么，这样的其他示例将在权利要求的范围内。
当结合附图来阅读时，将更好地理解本发明的某些实施例的前文的描述。附图在某种程度上示出了各种实施例的功能框图，功能框未必表示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能框中的一个或多个(例如，处理器或存储器)可实施于单件硬件中(例如，通用信号处理器、微控制器或随机存取存储器、硬盘等)。类似地，程序可为独立的程序，可作为子程序而合并于操作系统中，可在安装软件包中起作用等。各种实施例并不限于附图所示的布置和手段。
如本文所使用，以单数形式陈述且前面有词“一”或“一个”的元件或步骤应被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非明确地声明了这种排除。另外，对本发明的“一个实施例”的提及不旨在解释为排除也合并所陈述的特征的额外实施例的存在。此外，除非明确地声明为相反情况，则“包括”、“包含”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的额外的这样的元件。
由于在不偏离本文所涉及的本发明的要旨和范围的情况下，可对上述圆柱滚子轴承装置和方法做出某些变化，因而意味着上文描述或附图所示的所有主题将仅被解释为说明本文的发明性理念的示例并且不应释作限制本发明。

Claims (17)

1.一种圆柱滚子轴承，包括：
环形外座圈，所述环形外座圈具有外径和外座圈厚度；
环形内座圈，所述环形内座圈具有内径和内座圈厚度；
俘获于所述环形内座圈与所述环形外座圈之间的多个滚子；以及
保持架，其将所述多个滚子操作地连接在一起用于所述滚子在所述环形内座圈与所述环形外座圈之间的旋转运动和回转运动；
其中，所述环形内座圈的内径与所述内座圈厚度之比为10.4∶1；以及
所述圆柱滚子轴承具有98636kg的动态额定负载。
2.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述外座圈厚度与所述内座圈厚度之比为1.86∶1。
3.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述环形内座圈的内径为228毫米。
4.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述环形内座圈的内座圈厚度为11毫米。
5.根据权利要求4所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述环形外座圈的外座圈厚度为20.5毫米。
6.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述圆柱滚子轴承具有176818kg的静态额定负载。
7.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述圆柱滚子轴承具有19500kg的疲劳负载极限。
8.一种用于非公路用车辆的轮组件，包括：
轮框；
具有环形齿轮的扭矩管；
轮毂，其被固定到所述扭矩管并且支承于所述轮框；以及
在所述轮框内花键连接到电动马达的轴的太阳齿轮轴，所述太阳齿轮轴具有太阳齿轮，所述太阳齿轮与承载于行星齿轮轴上的多个行星齿轮啮合，所述行星齿轮轴具有与所述扭矩管的所述环形齿轮接合的小齿轮并且被多个推力轴承和至少一个圆柱滚子轴承支承于所述轮框；
其中，所述至少一个圆柱滚子轴承具有：环形外座圈；环形内座圈，其具有比所述外座圈减小的厚度和扩大的内径以便允许组装于所述行星齿轮轴的所述小齿轮上；俘获于所述环形外座圈与所述环形内座圈之间的多个滚子；以及保持架，其将所述多个滚子操作地连接在一起；
其中所述环形内座圈的内径与所述环形内座圈的厚度之比为10.4∶1。
9.根据权利要求8所述的轮组件，其特征在于：
所述环形外座圈的厚度与所述环形内座圈的厚度之比为1.86∶1。
10.根据权利要求8所述的轮组件，其特征在于：
所述环形内座圈的内径为228毫米。
11.根据权利要求10所述的轮组件，其特征在于：
所述环形内座圈的厚度为11毫米。
12.根据权利要求8所述的轮组件，还包括：
制动组件，其与所述轮毂在轴向相邻并且安装到所述轮框。
13.根据权利要求8所述的轮组件，其特征在于：
所述至少一个圆柱滚子轴承具有98636kg的动态额定负载。
14.根据权利要求13所述的轮组件，其特征在于：
所述至少一个圆柱滚子轴承具有176818kg的静态额定负载。
15.根据权利要求14所述的轮组件，其特征在于：
所述至少一个圆柱滚子轴承具有19500kg的疲劳负载极限。
16.一种用于在非公路用车辆的轮驱动组件内支承径向负载的圆柱滚子轴承，所述轴承包括：
环形外座圈；
环形内座圈，所述环形内座圈具有内径和厚度；
俘获于所述环形内座圈与所述环形外座圈之间的多个滚子；以及
保持架，其将所述多个滚子操作地连接在一起用于所述滚子在所述环形内座圈与所述环形外座圈之间的旋转运动和回转运动；
其中，所述环形内座圈具有228毫米的内径和11毫米的厚度；
其中，所述环形内座圈的内径与所述环形内座圈的厚度之比为10.4∶1；
其中，所述圆柱滚子轴承具有98636kg的动态额定负载；
其中，所述圆柱滚子轴承具有176818kg的静态额定负载；以及
其中，所述圆柱滚子轴承具有19500kg的疲劳负载极限。
17.根据权利要求16所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述环形内座圈被全部硬化。
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