CN105221603A - 装载机轴承式超越离合器二轴总成 - Google Patents

Abstract

一种装载机轴承式超越离合器二轴总成，包括外环齿轮、中间输入轴、内星轮和若干滚柱，所述的中间输入轴包括旋转轴及一体成型的输入齿轮，在输入齿轮一侧的旋转轴上设有外环齿轮，该外环齿轮和中间输入轴通过两个带止动环槽轴承来支撑定位，内星轮和滚柱设置于两个轴承、中间输入轴与外环齿轮内滚道构成的空间内，内星轮与中间输入轴通过键连接，内星轮与滚柱和外环齿轮共同实现装载机二轴总成的工作。本发明结构设计合理，制造工艺简单，工作可靠性强，能承受较大扭矩和冲击力，可在高速重载的情况下长时间工作，绿色制造，节能环保，经济效益和社会效益显著。

Description

装载机轴承式超越离合器二轴总成

技术领域

本发明公开一种装载机轴承式超越离合器二轴总成，按国际专利分类表(IPC)划分属于装载机二轴总成结构技术领域。

背景技术

装载机二轴总成是装载机变速箱的核心部件，是变速箱的“心脏”，其性能直接影响装载机的工作性能。优质的二轴总成不仅要有性能优越的超越离合器，还要有简约、便于安装和维护的总成结构。目前，装载机变速箱总成大部分都是采用滚柱式超越离合器二轴总成，滚柱式超越离合器的一般结构主要是由外环齿轮、内环凸轮、滚柱、弹簧、顶销等零件组成，当离合器结合时，由于结构限制及同步性原因，有效工作的滚柱数量较少，承载能力小，极易造成离合器打滑而失效，同时，二轴总成结构复杂、制造成本高，不利于安装和维护。本人于2001年5月30日申请的“装载机二轴总成单向离合器结构”，文献号：CN01224883.5，涉及一种装载机二轴总成单向离合器，包括圆环形双保持架、异形卡块和位于二轴总成的动力输入齿轮轴轴套和外环齿轮之间内外滑道，圆环形双保持架将异形卡块相对固定保持在双保持架上，虽然一定程度上保证了异性卡快的同步性受载均匀，但由于异形卡块的曲率半径小，且保持架与异形卡块之间的间隙较大，受载时异形块易发生倾斜，使得异形块与内外滚道点接触，承受的扭矩小，因此，该结构的装载机超越离合器二轴总成性能不佳，可靠性较差。同时，该形式的二轴总成结构复杂，成本较高。

中国专利文献CN201410416565.8公开了一种用于装载机变速器中的二轴总成，包括外环齿轮、高速齿轮、花键轴和离合器组件。花键轴的花键上设有高速齿轮，在高速齿轮的一侧设有离合器组件，离合器组件的外缘面上设有外环齿轮，在离合器组件与外环齿轮之间间隔设有两个轴承，该方案将原结构中高速齿轮轴拆分为花键轴和高速齿轮，表面上降低加工难度和装配难度，但实质上却增加了加工难度，更严重的是对离合器的性能有负面的影响，最终影响二轴总成的可靠性，同时，由于装载机超越离合器空间有限，特别是轴向空间狭小，因此该方案只能选择窄系列轴承，不仅价格高，而且径向承载较小，因此稳定性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、性能稳定的装载机轴承式超越离合器二轴总成。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种装载机轴承式超越离合器二轴总成，包括外环齿轮、中间输入轴、内星轮和若干滚柱，所述的中间输入轴包括旋转轴及一体成型的输入齿轮，在输入齿轮一侧的旋转轴上设有外环齿轮，该外环齿轮和中间输入轴通过两个带止动环槽轴承来支撑定位，两个轴承与中间输入轴及外环齿轮构成容置空间用于安装内星轮和各滚柱，内星轮周边设有多个凹槽以容置对应的滚柱，各滚柱同时与外环齿轮内滚道配合构成轴承式离合器，内星轮与中间输入轴通过键连接，内星轮、各滚柱、外环齿轮与中间输入轴共同实现装载机二轴总成的工作。

进一步，所述外环齿轮内滚道为直通孔结构，外环齿轮内滚道的直径为130mm～150mm。

进一步，所述中间输入轴的旋转轴上设有1个键槽，超越离合器啮合时，内星轮在滚柱环形均匀压力的作用下产生变形，中间输入轴与内星轮过盈配合连为一体。

进一步，所述轴承为标准轴承，其外圈设有止动环槽用于安装卡圈或止动环，轴承位于外环齿轮内滚道的通孔两侧，两轴承通过卡圈或止动环实现外环齿轮的轴向定位。

本发明的特点在于：以轴承式超越离合器结构为核心，改变外环齿轮的结构、缩小了滚道直径，增大中间输入轴轴径，用两个带止动环槽标准轴承来支撑和定位，此设计的优点如下：

1.提高了离合器的可靠性：本发明装载机二轴总成结构，较原有滚柱式超越离合器具有结构简单，承载能力大、可靠性强等优点，本发明缩小了外环齿轮内滚道直径，简化了加工工艺、降低成本，进一步提高了离合器的可靠性。本发明还将原有中间输入轴轴径增大，选用外圈带止动环槽的较大承载的标准系列轴承，提高了轴的刚性，避免或降低齿轮径向压力和冲击力所引起的输入轴弯曲变形，从而很好地保证了轴承式超越离合器的可靠性。

2.二轴总成结构大幅度简化：外环齿轮的结构简化以及滚道直径的缩小，不仅降低了加工难度和装配难度，还减轻了外环齿轮的重量。外圈带止动环槽标准轴承的使用，通过与外环齿轮和中间输入轴的连接配合，实现了二轴总成的轴向定位，进一步简化了二轴总成结构。

因此，与已有装载机超越离合器二轴总成相比，本发明结构设计合理，制造工艺简单，工作可靠性强，能承受较大扭矩和冲击力，可在高速重载的情况下长时间工作，绿色制造，节能环保，经济效益和社会效益显著。

本发明轴承式超越离合器二轴总成结构，主要应用于3吨、4吨、5吨和6吨等多吨位的普通型装载机和节能型装载机，同时还可以应用于坦克、军用卡车、重型卡车、重型叉车等。

附图说明

图1是轴承式超越离合器局部剖面示意图。

图2是本发明装载机轴承式超越离合器二轴总成结构示意图。

图3是本发明中间输入轴结构示意图。

图4是现有装载机滚柱式超越离合器二轴总成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：请参阅图1、图2及图3，一种装载机轴承式超越离合器二轴总成A，包括外环齿轮1、中间输入轴2、内星轮3和若干滚柱4，所述的中间输入轴2包括旋转轴21及一体成型的输入齿轮22，在输入齿轮22一侧的旋转轴21上设有外环齿轮，该外环齿轮1和中间输入轴2通过两个带止动环槽轴承5来支撑定位，内星轮3和各滚柱4设置于两个轴承5、中间输入轴2与外环齿轮1内滚道构成的空间内，内星轮、各滚柱同时与外环齿轮配合构成轴承式离合器，内星轮3与中间输入轴2通过键23连接，内星轮3、滚柱4、外环齿轮1与中间输入轴共同实现装载机二轴总成的工作。本发明中外环齿轮1内滚道为直通孔结构，外环齿轮1内滚道的直径为130mm～150mm。中间输入轴2的旋转轴上设有1个键槽230，内星轮上对应位置设置键槽，两者通过键连接，超越离合器啮合时，内星轮3在滚柱4环形均匀压力的作用下产生变形，中间输入轴2与内星轮3过盈配合连为一体。本发明轴承5的外圈设有止动环槽用于安装卡圈50或止动环，轴承5位于外环齿轮1内滚道的通孔两侧，两轴承5通过卡圈50或止动环实现外环齿轮1的轴向定位，外环齿轮1的直孔内滚道两侧通过带止动环槽的轴承安装在中间输入轴上，外环齿轮1内滚道自输入齿轮向旋转轴输入方向依次为第一定位轴承、离合器组件(滚柱、内星轮)及第二定位轴承，第一定位轴承外侧由输入齿轮的突起环面定位，第二定位轴承外侧由挡板61及第三轴承62定位。

本发明二轴总成中超越离合器组件采用本案发明人之前的轴承式超越离合器结构ZL201010293311.3，如图1中，外环部件101(可以是本实施例中外环齿轮)、滚柱102、内星轮103，超越离合器组件内星轮和滚柱设置于两个轴承和中间输入轴与外环齿轮内滚道的空间内，本发明与现有装载机二轴总成的滚柱式超越离合器相比，具有：(1)无弹簧顶销；(2)滚柱受载全同步；(3)结构简单、同型号超越离合器中外环齿轮内滚道直径和内星轮尺寸最小。

请参阅2及图3，本发明外环齿轮整体结构的优化，不仅减轻了重量，还降低了加工成本，特别是外环齿轮内滚道优化成通孔直孔结构，极大地简化了加工工艺，更好地保证了内滚道与齿轮齿面的同轴度，提高了超越离合器的精度，从而提高二轴总成的可靠性。中间输入轴2上设有1个键槽230，通过键23与内星轮3的连接，由于轴承式超越离合器滚柱的全同步受载，啮合时，内星轮在滚柱环形均匀压力的作用下产生变形，中间输入轴2与内星轮3过盈配合连为一体，保证超越离合器的工作可靠性，实现扭矩的传递。图2中，在装载机超越离合器结构中，空间有限，特别是轴向空间较小，径向和轴向的尺寸和比例既要满足装载机超越离合器的稳定性要求，又要考虑轴承尺寸及其成本，因此选用带止动环槽的标准系列轴承，这一点与滚柱式超越离合器所选择的窄系列轴承不同，以6216n和16018两种深沟球轴承为例，6216n的外径为140mm，内径80mm，宽度26mm，其动态额定载荷为71.5KN；而16018的外径为140mm，内径90mm，宽度16mm，其动态额定载荷为41.5KN，远比6216n的71.5KN小，在装载机作业冲击时，可靠性较差。带止动环槽的轴承5，通过与外环齿轮1和中间输入轴2的连接配合，实现了二轴总成的轴向定位，进而简化了二轴总成结构。根据装载机工作要求，结合轴承式超越离合器的优点，带止动环槽标准系列轴承的型号优选为：6215n，6216n和6217n。

根据装载机二轴总成的承载要求，结合轴承式超越离合器及系统结构的设计，本发明中滚柱4的直径优选14.5mm～17.5mm，长度优选17mm～23mm。

下面是本发明实施例与现有装载机轴承式超越离合器二轴总成对比，申请人需要重点说明的是，滚柱式超越离合器与本申请中采用的轴承式超越离合器具有本质的不同，滚柱式超越离合器的一般结构主要是由内环、内环、滚柱、圆柱弹簧、隔离环和压盖等零件组成，当离合器结合时，由于结构限制及同步性原因，有效工作的滚柱数量较少，离合器内环凸轮的工作平面与滚柱为线接触，表面压应力过大而形成弧坑，摩擦角迅速增大，造成离合器打滑而失效；而本实施例中的轴承式超越离合器包括外环部件、内星轮及设置于外圈与内星轮之间的多个滚柱，内星轮外侧圆柱面上设有多个凹形曲面槽，每个凹形曲面槽分别对应一个滚柱，滚柱的外滚道为外环部件的内侧圆柱面，内滚道为内星轮外侧圆柱面上的凹形曲面槽，所述凹形曲面槽内的凹形曲面是由对数螺旋线或圆弧构成的曲面，当离合器处于结合状态时，一个滚柱啮合受载，滚柱与滚柱之间通过联动，使全部滚柱同步受载，从而保证了工作时的全同步性。

图4所是现有装载机滚柱式超越离合器二轴总成B，包括外环齿轮B1、高速输入轴B2、离合器组件B3、滚柱B4、左右挡板B5、B6、和螺栓组件B7等，外环齿轮的滚道直径为Φ210mm，滚柱直径Φ15mm，滚柱长度32mm，滚柱与外滚道表面的初始啮合角为3.5°。根据赫兹理论可知，滚柱(7)与外环齿轮(8)滚道表面接触点的综合曲率半径(式中r₂为滚柱半径，R_L为滚柱与外环齿轮滚道接触点的曲率半径)，[S_max]＝330kg·mm^-2(S通常取值为310～330kg·mm^-2)。

图2是本发明装载机轴承式超越离合器二轴总成A实施例图，其中外环齿轮1的滚道直径为Φ140mm，滚柱4直径Φ16.14mm，滚柱长度20mm，滚柱与外滚道表面的初始啮合角为5°。根据赫兹理论可知，滚柱与外环齿轮滚道表面接触点的综合曲率半径 $Q=\frac{R_L\×r_2}{R_L-r_2}=\frac{70\×8.07}{70-8.07}=\mathrm{9.12.}$

根据离合器扭矩传递公式： $M=2Z\·Q\·R\·b\·tg\mathrm{\β}\·\frac{{\[S_{\max }\]}^2}{{86.1}^2}$

式中：

M-整个离合器所传递的扭矩；

Z-滚柱的数量；

Q-单个滚柱与滚道表面接触点的综合曲率；

R-滚道半径；

b-单个滚柱的长度(以mm为单位)；

β-滚柱与滚道表面的啮合角。

对于现有装载机滚柱式超越离合器二轴总成B有：

在外环齿轮滚道上：

$M=2\×20\×8.07\×105\×32\×0.061\×\frac{{330}^2}{{86.1}^2}\≈9424N\·m$

由于现有滚柱式超越离合器的结构问题，其滚柱受载同步性较差，以2/3的滚柱受载计算，实际传递的扭矩为9424×2/3＝6283N·m。

对于本发明的轴承式超越离合器二轴总成A有：

在外环齿轮滚道上：

$M=2\×24\×9.03\×70\×20\×0.087\×\frac{{330}^2}{{86.1}^2}\≈7600N\·m$

传递扭矩比现有滚柱式超越离合器大。

对于装载机而言，以ZL50型装载机为例，发动机功率为162kw，额定转速n＝2200r/min时，额定扭矩 $Tnom=\frac{9550\×162}{2200}=703.23N\·m,$ 装载机其它泵及损耗为t(28～38.2N·m)；变矩器在“零速工况”下的变矩系数K0＝4.02，一级涡轮的变矩系数为2.01；一级输入齿轮齿数Z1＝20，外环齿轮齿数Z2＝52，超越离合器承受扭矩(静扭矩)为：Tstart＝(Tmon-t)×Ko×(Z2/Z1)＝(703.23-30)×2.01×2.6＝3500N·m；

根据使用次数寿命-负载安全系数曲线图，取接触次数为8×10⁶，动载系数f＝0.5，则动扭矩为:

Tmax＝Tstart÷f＝3500÷0.5＝7000N·m

因此，本发明装载机二轴总成的扭矩7600N·m，能够很好地满足装载机的工作要求。根据轴承式超越离合器的结构特性及承载要求，外环齿轮1内滚道的直径优选Φ130～Φ150mm。而现有滚柱式超越离合器二轴总成B实际传递的扭矩为6283N·m，无法满足ZL50型装载机的工作要求，如果要达到上述要求，需要更换更大尺寸的外环齿轮。

本发明装载机二轴总成结构将轴承式超越离合器的优点发挥得淋漓尽致，比现有滚柱式超越离合器结构传递扭矩大的基础上，缩小外环齿轮内滚道直径，简化工艺、降低成本，具有结构简单、制造成本低、性能优异等优点，真正实现节能环保、绿色制造。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (4)

1.一种装载机轴承式超越离合器二轴总成，其特征在于：包括外环齿轮、中间输入轴、内星轮和若干滚柱，所述的中间输入轴包括旋转轴及一体成型的输入齿轮，在输入齿轮一侧的旋转轴上设有外环齿轮，该外环齿轮和中间输入轴通过两个带止动环槽轴承来支撑定位，两个轴承与中间输入轴及外环齿轮构成容置空间用于安装内星轮和各滚柱，内星轮周边设有多个凹槽以容置对应的滚柱，各滚柱同时与外环齿轮内滚道配合构成轴承式离合器，内星轮与中间输入轴通过键连接，内星轮、各滚柱、外环齿轮与中间输入轴共同实现装载机二轴总成的工作。

2.根据权利要求1所述的装载机轴承式超越离合器二轴总成，其特征在于：所述外环齿轮内滚道为直通孔结构，外环齿轮内滚道的直径为130mm～150mm。

3.根据权利要求1所述的装载机轴承式超越离合器二轴总成，其特征在于：所述中间输入轴的旋转轴上设有1个键槽，超越离合器啮合时，内星轮在滚柱环形均匀压力的作用下产生变形，中间输入轴与内星轮过盈配合连为一体。

4.根据权利要求1至3之一所述的装载机轴承式超越离合器二轴总成，其特征在于：所述轴承为标准系列轴承，其外圈设有止动环槽用于安装卡圈或止动环，轴承位于外环齿轮内滚道的通孔两侧，两轴承通过卡圈或止动环实现外环齿轮的轴向定位。