CN106168268B - 车桥的轮毂减速机构 - Google Patents

Abstract

一种驱动车桥的轮毂减速机构以及一种提供轮毂减速机构的方法。该轮毂减速机构可以包括与一个锥形太阳齿轮啮合的多个锥形行星齿轮、被适配成驱动一个车辆车轮的一个行星架、以及一个内部锥形齿轮环，该内部锥形齿轮环与这些锥形行星齿轮啮合并且被适配用于连接到一个车桥侧轴壳体上。

Description

车桥的轮毂减速机构

技术领域

本发明涉及一种车桥、尤其是例如卡车的重型车辆的车桥的轮毂减速机构。

背景

为了有效地利用内燃发动机的输出，机动车辆通常配备有具有多个速度比的齿轮传动。在使用中，这些速度比是以渐进的方式逐一选择的，并且允许车辆具有所希望的加速度、巡行速度和燃料经济性的平衡。典型地，重型车辆的从动车轴还提供了固定的速度比，由此通过小齿轮和冠齿轮来减小输入(传动轴)速度，使得输出(侧轴)速度更低；这个进一步的比率降低可以在3:1至5:1范围内。

在某些情况下，在后车桥中提供的固定比率速度降低是不够的，尤其是在需要以可控的方式在发动机速度的使用范围内缓慢移动的重型车辆的情况下。总体上来说，不希望在冠齿轮和小齿轮处提供更大的速度降低，因为小齿轮对于传递所需要的转矩而言太小、或者冠齿轮太大使得离地间隙不够。

为了解决这种问题，已经提出在车桥的车轮末端处提供轮毂减速机构。典型地，将周转齿轮组结合在各个车轮轮毂中，由此通过相应的侧轴来驱动太阳齿轮，环被连接到车桥(侧轴)壳体上，并且行星架被联接到可旋转的输出部件(即，车轮轮毂、制动鼓和负重轮)上。

紧凑的轮毂减速机构可以结合在尤其提供双轮的车桥的每个末端处并且还可以允许减小冠齿轮和小齿轮的比率，因此准许更加鲁棒的小齿轮和更小直径的冠齿轮。

轮毂减速机构的周转齿轮可以包括圆柱齿轮。这种安排是轴向紧凑的，但在径向上由对应的车辆车轮的中心的孔口限制。为此原因，并且还为了确保小齿轮具有足够的强度，可用的轮毂减速比的范围约在3:1至6:1范围内。

具有由相应的侧轴驱动的环的替代圆柱齿轮安排能给出约1.2:1至1.5:1的比率范围。因此圆柱齿轮不提供轮毂减速比的连续扩展。

还可以提供具有多个常规锥形齿轮的轮毂减速机构。这种安排与圆柱齿轮相比径向紧凑，但占据更多轴向空间。出于小齿轮尺寸的实际原因，使用常规锥形齿轮的轮毂减速比的可用范围为约1.5:1至3:1。

从上述内容中可以理解的是，不能通过圆柱齿轮或锥形齿轮提供全部范围的所希望的速度减速比。另一方面，不希望具有带基本上不同的径向和轴向空间约束的两种不同的轮毂减速机构。

因此，将有利地扩大已知轮毂减速机构中的一种或另一种的比率范围，以便帮助具有更多常见部件的驱动车桥。

概述

根据本发明，提供了一种车桥的轮毂减速机构，该轮毂减速机构包括被适配成由车桥侧轴驱动的锥形太阳齿轮、与该锥形太阳齿轮啮合的多个锥形行星齿轮、被适配成驱动车辆车轮的行星架、以及与这些锥形行星齿轮啮合并且被适配用于连接至车桥侧轴壳体的锥形内齿轮环。

由锥形内齿轮，我们指内部凹陷的齿轮，其中径向外齿部分相对高于径向内齿部分。

对锥形内齿轮的使用允许将轮毂减速锥形齿轮比的范围增加至6:1，该比率范围之前只能由圆柱齿轮提供。因此，结合本发明的锥形齿轮轮毂减速比的全部范围为约1.5:1至6:1。

有利地，这些锥形齿轮具有多个直齿，并且因此可以通过精密锻造来形成。

本发明的其他特征将从所附权利要求书中变得清楚。

附图简要说明

通过以下仅在附图中以举例方式展示的若干实施例的说明，将会明了本发明的其他特征，在附图中：

图1以侧视图展示了示例非公路卡车。

图2在平面中展示了用于图1的卡车的示例驱动车桥。

图3在轴向截面中展示了现有技术的结合圆柱齿轮的轮毂减速机构的示意性表示。

图4在轴向截面中展示了根据本发明的轮毂减速机构。

图5展示了根据本发明的另一个轮毂减速机构。

图6是通过使用本发明可实现的一些不同的减速比的对比表格。

详细说明

按照要求，本文披露了本发明的多个详细实施例；然而，应该理解的是，所披露的这些实施例仅仅是本发明的能以不同形式和可替代形式实施的示例。这些附图不必是按比例的；一些特征可以被夸大或者缩至最小以便示出具体部件的细节。因此，在此披露的具体的结构上和功能上的细节不得理解为是限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。

图1展示了一种示例非公路采矿卡车10，可以为其提供轮毂减速机构。该卡车包括驾驶室11、用于石头或其他采矿材料的开放本体12、前转向车桥13、两个后驱动车桥14、15以及多个车辆车轮16。这种卡车通常需要在不平地形上在低速下承载重负载，并且为此原因，必须通过合适的齿轮传动来减小发动机速度以实现所希望的车轮速度。

卡车10通常可以使用常规的内燃发动机和经由开式传动轴驱动输出至后车桥的变速齿轮传动。在后车桥处，驱动经由常规差动齿轮被划分至后车轮，该常规差动齿轮结合了经由冠齿轮和小齿轮的速度比减小。为了实现更大的速度比减小，在每个车轮轮毂中提供了减速机构。

其他种类的卡车和轮式车辆也可以结合轮毂减速机构。

图2在平面图中展示了典型的驱动车桥20。车桥壳体21将冠齿轮和小齿轮(未示出)与常规差动齿轮结合。驱动输入是通过传动轴22和万向节23，其提供用于相对于车辆底盘的车轴悬挂运动。

相对的侧轴外壳24(也可以称为侧轴壳体)可以结合并且支撑相应的可旋转侧轴(未示出)，这些可旋转的侧轴在相应的车轮轮毂中终止。每个轮毂通常包括制动鼓25，螺纹柱从该制动鼓突出以用于附接车辆车轮16。

典型地，传动轴的驱动轴线27是在该车辆的纵向轴线上，并且与驱动车桥20的驱动轴线或旋转轴线28正交。这些侧轴通常具有相同的轴向长度，但是在一些情况下，该车桥壳体可以向一侧偏置。

图3示意性地展示了现有技术的包括圆柱齿轮的轮毂减速机构30。形成驱动车桥的一侧的侧轴外壳24在其内包含由轴承(未示出)支撑的可旋转侧轴31。展示了侧轴31的旋转轴线28。

圆柱太阳齿轮32可以随侧轴31旋转，并且常规地与多个等间隔的行星齿轮33啮合，这些行星齿轮进而与圆柱环形齿轮或环34啮合。环34被固定到侧轴外壳24上并且因此相对不可移动。

惯常的行星架35被联接到减速机构的输出元件36上，在该行星架上的行星齿轮33是可旋转的。输出元件36通常是车辆制动鼓或其他可旋转的轮毂构件，其进而连接至车辆的驱动车轮。

在使用中，侧轴31和太阳齿轮32的旋转致使这些行星齿轮33在(固定的)环34内旋转并且由此以相对减小的速度转动行星架35。圆柱轮毂减速机构允许在3:1至6:1范围内的比率减小，但是如果齿轮齿强度不够则小于3:1的比率是不可能的。

如上所述，锥形齿轮轮毂减速也是已知的，但是局限于在约1.5:1至3:1范围内的比率范围。

图4展示了根据本发明的轮毂减速机构40。驱动车桥的侧轴外壳24在其内包含由轴承(未示出)支撑的可旋转侧轴31。展示了旋转轴线28。

锥形太阳齿轮41可以随侧轴31旋转，并且与多个等间隔的锥形行星齿轮42之一啮合，其进而与锥形环形齿轮或环43啮合。环43被固定到侧轴外壳24上并且因此相对不可移动。

惯常的行星架44被联接至输出元件36，例如被多个圆锥滚子轴承46、47支撑用于在侧轴外壳24上旋转的车轮轮毂，在该行星架中的行星齿轮42可以通过多个行星销45旋转。车轮轮毂在使用中被联接至一个或多个车辆驱动车轮。

还在图4中展示的是，行星销支撑件48、行星销滚针轴承49、太阳齿轮止推轴承50、行星小齿轮止推轴承51和行星小齿轮止推垫圈52。在图1的现有技术实例中可能需要这种支撑件和止推轴承，但被省略以改善清楚性。

图2的锥形齿轮减速齿轮具有比图1的圆柱减速齿轮相对较小的直径，但是在旋转轴线28的方向上相对较长。

在使用中，侧轴31和太阳齿轮41的旋转致使这些行星齿轮42在(固定的)环43内旋转并且由此以相对减小的速度转动行星架44。

环43是锥形内齿轮，其中每个齿的径向最外部分53具有比每个齿的径向最内部分54更大的高度，因此参照旋转平面55给予锥形齿轮从齿轮齿侧凹陷的外观。

在本发明的实施例中，每个锥形齿轮齿都是直的，也就是说每个齿都成凹角56径向延伸；这种齿形式可以是通过比对应的弧形齿更加容易地锻造的和/或铣制的，如可以例如提供在螺旋齿轮上的。应理解的是，如果为环43选择直齿形式，则太阳齿轮41和各个小齿轮需要具有用于有效齿轮齿啮合的对应的齿形式。

锥形内齿轮环43允许比预先由外部锥形齿轮环可获得的更宽范围的轮毂减速比。

在太阳齿轮进行驱动、环被固定、并且输出是来自行星架的轮毂减速机构的情况中，减速比是由以下公式确定的：

比率＝1+N_A/N_S

其中：

N_A是在环(环形)齿轮上的齿的数量，并且

N_S是在太阳齿轮上的齿的数量。

在行星齿轮上的齿的数量N_P是根据减速机构的几何学来选择的，但就其本身而言不影响齿轮比。

实例1

使用具有以下数量的齿的锥形齿轮可以实现3:1的减速比：

N_A＝40

N_P＝20

N_S＝20

在这种情况下：

在太阳齿轮的旋转轴线与行星小齿轮的旋转轴线之间的轴间角度SA_SP＝60°；

在环的旋转轴线与行星小齿轮的旋转轴线之间的轴间角度SA_AP＝120°；

太阳齿轮的节面角PA_S＝30°；

行星齿轮的节面角PA_P＝30°；并且

环的节面角PA_A＝90°。

实例2

使用具有以下数量的齿的锥形齿轮也可以实现3:1的减速比：

N_A＝40

N_P＝15

N_S＝20

在这种情况下：

SA_SP＝48.19°

SA_AP＝131.81°

PA_S＝27.75°

PA_P＝20.44°

PA_A＝111.37°

实例3

3:1的减速比的另一个实例使用具有以下数量的齿的锥形齿轮：

N_A＝40

N_P＝30

N_S＝20

在这种情况下：

SA_SP＝70.53°

SA_AP＝109.47°

PA_S＝27.21°

PA_P＝43.31°

PA_A＝66.16°

实例1至实例3展示了可以通过多种方式、根据由轮毂减速机构被包含在其内的可用设计范围强加的空间约束实现所希望的减速比。

实例4

通过使用具有以下数量的齿的锥形齿轮可以实现6:1的减速比：

N_A＝70

N_P＝30

N_S＝14

在这种情况下：

SA_SP＝21.039°

SA_PA＝158.961°

PA_S＝6.657°

PA_P＝14.383°

PA_A＝144.578°

图5对应于图4并且展示了实例4的给定6:1的减速比的安排；出于清楚的原因，省略了其他车桥构件，但是采用了共同的参考数字来标识相同的部分。

实例5

通过使用具有以下数量的齿的锥形齿轮可以实现4.5:1的减速比：

N_A＝70

N_P＝30

N_S＝20

在这种情况下：

SA_SP＝33.557°

SA_PA＝146.443°

PA_S＝13.328°

PA_P＝20.230°

PA_A＝126.213°

实例4和实例5展示了根据本发明可以实现的轮毂减速比的范围。

在图6中总结了实例1至实例5的值，该图是以下各项的对比表格：减速比(R)、环齿的数量(N_A)；行星齿的数量(N_P)；太阳齿的数量(Ns)；在太阳与行星之间的轴间角度(SA_SP)；在行星与环之间的轴间角度(SA_PA)；环的节面角(PA_A)；行星的节面角(PA_P)和太阳的节面角(PA_S)。

当然可以设想其他比率，应理解的是，这些齿轮各自必须具有全部数量的齿。

虽然以上描述了多个示例性实施例，但不旨在使这些实施例来描述本发明的所有可能形式。而是，在本说明书中使用的这些言词是说明而非限制的言词，并且应理解的是可以做出不同的改变而不偏离本发明的精神和范围。另外，可以组合多种不同实现实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。

Claims (19)

1.一种驱动车桥，包括：

一个轮毂减速机构，该轮毂减速机构包括：

被适配成由一个车桥侧轴驱动的一个锥形太阳齿轮；

与该锥形太阳齿轮啮合的多个锥形行星齿轮；

被适配成驱动一个车辆车轮的一个行星架；以及

一个锥形内齿轮环，该锥形内齿轮环与这些锥形行星齿轮啮合并且被适配用于连接到一个车桥侧轴壳体上，并且该锥形内齿轮环的节面角在90.01°-150°范围内。

2.如权利要求1所述的驱动车桥，具有在3:1至6:1范围内的减速比。

3.如权利要求1所述的驱动车桥，其中，该多个锥形行星齿轮具有多个直齿。

4.如权利要求3所述的驱动车桥，其中，该多个锥形行星齿轮具有在15-30范围内的多个齿。

5.如权利要求1所述的驱动车桥，其中，该锥形太阳齿轮具有多个直齿。

6.如权利要求5所述的驱动车桥，其中，该锥形太阳齿轮具有在14-20范围内的多个齿。

7.如权利要求1所述的驱动车桥，其中，该锥形内齿轮环具有多个直齿。

8.如权利要求7所述的驱动车桥，其中，该锥形内齿轮环具有在40-70范围内的多个齿。

9.如权利要求1所述的驱动车桥，其中，该锥形太阳齿轮、该多个锥形行星齿轮和该锥形内齿轮环是锻造的。

10.如权利要求1所述的驱动车桥，其中，该锥形太阳齿轮的节面角在5°-30°范围内。

11.如权利要求1所述的驱动车桥，其中，该多个锥形行星齿轮的节面角在20°-45°范围内。

12.如权利要求1所述的驱动车桥，该驱动车桥进一步包括：与该车桥侧轴相对布置的一个第二车桥侧轴，其中，该车桥侧轴被连接到该轮毂减速车轮的该太阳齿轮上，并且该第二车桥侧轴被连接到一个第二轮毂减速机构的一个太阳齿轮上；并且该驱动车桥包括被连接至该锥形内齿轮环的一个第一侧轴外壳、以及一个第二侧轴外壳，该第二侧轴外壳与该第二侧轴外壳相对地布置并且被连接到该第二轮毂减速机构的一个第二锥形内齿轮环上。

13.如权利要求12所述的驱动车桥，进一步包括在该车桥侧轴与该第二车桥侧轴之间的一个差动齿轮。

14.如权利要求12所述的驱动车桥，进一步包括被连接到该轮毂减速机构的该行星架上的一个第一制动鼓以及被连接到该第二轮毂减速机构的一个行星架上的一个第二制动鼓。

15.一种为车辆驱动车桥提供轮毂减速机构的方法，该轮毂减速机构具有在1.5:1至6:1范围内可选择的比率，该方法包括：

在该轮毂减速机构中对于该范围中的各个比率提供多个锥形齿轮，该多个锥形齿轮包括对于3:1至6:1范围内的比率的一个锥形内齿轮环，该锥形内齿轮环的节面角在90.01°-150°范围内。

16.如权利要求15所述的方法，其中，该多个锥形齿轮具有多个直齿。

17.如权利要求16所述的方法，其中，这些直齿是径向的。

18.如权利要求16所述的方法，包括直接锻造该多个锥形齿轮的这些齿。

19.如权利要求15所述的方法，其中，该车辆驱动车桥包括相对的侧轴，每个侧轴都被连接到一个相应的轮毂减速机构的一个锥形太阳齿轮上。