CN107791832A - 车轮单元的联接复合行星传动装置 - Google Patents

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T·古德
T·托马斯
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Abstract

一种车轮单元包括：悬挂壳体，其包括限定转向轴线的销；传动壳体，其通过销连接到悬挂壳体，并能够绕转向轴线枢转；轮辋，其能够围绕旋转轴线旋转，并被构造成与传动壳体一起围绕转向轴线枢转；以及与轮辋驱动性地接合的联接复合行星传动装置。联接复合行星传动装置包括：联接到悬挂壳体的输入驱动轴；可围绕旋转轴线旋转的太阳齿轮；联接在输入驱动轴和太阳齿轮之间的恒速万向节；相对于传动壳体固定的第一齿圈；与太阳齿轮和第一齿圈啮合的第一行星齿轮；第二齿圈，其相对于轮辋被固定，以用于围绕旋转轴线共同旋转；与第二齿圈啮合的第二行星齿轮；以及轴，其联接第一行星齿轮和第二行星齿轮以用于共同旋转。

Description

车轮单元的联接复合行星传动装置
技术领域
本发明涉及一种车轮单元，更具体地，涉及一种配置为驱动车轮单元的联接复合行星传动装置(coupled compound planetary transmission)。
背景技术
采矿车辆(例如，运输车辆)包括车轮单元，由于组装限制，车轮单元具有的传动装置被限制到约10:1的齿轮减速比。换句话说，齿轮减速比受到车轮单元的尺寸和传动单元结构的限制。
发明内容
在某一方面，一种用于车辆的车轮单元，所述车轮单元包括：悬挂壳体，所述悬挂壳体包括限定转向轴线的销；传动壳体，所述传动壳体通过所述销联接到所述悬挂壳体，并且能够绕所述转向轴线枢转；轮辋，所述轮辋能够围绕旋转轴线旋转，并被构造成与所述传动壳体一起围绕所述转向轴线枢转；以及联接复合行星传动装置，所述联接复合行星传动装置与所述轮辋驱动接合。所述联接复合行星传动装置包括：输入驱动轴，所述输入驱动轴被联接到所述悬挂壳体；太阳齿轮，所述太阳齿轮可围绕所述旋转轴线旋转；恒速万向节，所述恒速万向节联接在所述输入驱动轴和太阳齿轮之间；第一齿圈，所述第一齿圈相对于所述传动壳体固定；第一行星齿轮，所述第一行星齿轮与所述太阳齿轮和第一齿圈啮合；第二齿圈，所述第二齿圈相对于所述轮辋固定，以用于围绕所述旋转轴线共同旋转；第二行星齿轮，所述第二行星齿轮与所述第二齿圈啮合；以及轴，所述轴联接所述第一行星齿轮和第二行星齿轮以用于共同旋转；其中所述输入驱动轴的旋转引起所述第二齿圈的旋转。
在另一方面，一种用于车辆的车轮单元，所述车轮单元包括：悬挂壳体，所述悬挂壳体包括限定转向轴线的转向销；枢转壳体，所述枢转壳体通过所述转向销联接到所述悬挂壳体，并且能够绕所述转向轴线枢转；轮辋，所述轮辋能够围绕旋转轴线旋转，并被构造成与所述枢转壳体一起围绕所述转向轴线枢转；和联接复合行星传动装置，所述联接复合行星传动装置与所述轮辋驱动性地接合。所述联接复合行星传动装置包括：输入驱动轴，所述输入驱动轴被联接到所述悬挂壳体；太阳齿轮，所述太阳齿轮可围绕所述旋转轴线旋转，并可与所述枢转壳体一起围绕所述转向轴线枢转；恒速万向节，所述恒速万向节被联接在所述输入驱动轴和所述太阳齿轮之间；第一齿圈，所述第一齿圈固定至所述枢转壳体；输出轮毂，所述输出轮毂包括第二齿圈，所述第二齿圈可围绕所述旋转轴线旋转，并且被构造为与所述枢转壳体一起围绕所述转向轴线枢转；行星架，行星架构造成支撑所述第一行星齿轮和第二行星齿轮。所述第一行星齿轮与所述太阳齿轮和第一齿圈啮合，所述第二行星齿轮与所述第二齿圈啮合。所述联接复合行星传动装置还包括：轴，所述轴联接所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮，以围绕所述轴的中心轴线和所述旋转轴线共同旋转；其中所述输入驱动轴的旋转引起所述输出轮毂的旋转。
通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得更为明显。
附图说明
图1是体现本发明的、可由车轮单元移动的运输车辆的透视图。
图2是图1的车轮单元的后部透视图。
图3是图2的车轮单元的后部分解图。
图4是图2的车轮单元的前部分解图。
图5是沿图2的车轮单元的线5-5的截面图。
图6是当图2的车轮单元被枢转以使运输车辆转向时、沿车轮单元的线6-6的截面图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明在其应用上不限于在以下描述或阐述或在以下附图中示出的构造的细节和组件的布置。本发明还能有其他实施例并且能够以各种方式被实践或实施。此外，应当理解，本文所用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被认为是有限制意义的。“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意在包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。术语“安装”、“连接”和“联接”广义地包括直接和间接的安装，连接和联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接，无论是直接还是间接连接。
图1示出了车辆10，其包括被配置为相对于表面20支撑和移动车辆10的多个车轮单元15。在图示的实施例中，车辆10是在采矿操作期间被配置成接收物料(例如土壤，泥土，岩石等)的运输车辆(例如，穿梭车)；然而，在其他实施例中，车辆10可以是与采矿操作相关或不相关的不同类型的车辆(例如，工程车辆，农用车辆，林业车辆等)。图示的车辆10包括驱动联接到四个车轮单元15(图1中仅示出两个车轮单元15)的一个或多个原动机25(例如，电动马达)。特别地，每个电动机25均联接到位于车辆10的相应左侧或右侧的一对车轮单元15。在其他实施例中，车辆10可以包括可驱动地联接到所有四个车轮单元15的一个电动机25。在另外的实施例中，车辆10可以包括多于或少于四个车轮单元15，和/或原动机25可以是内燃机。
参考图2-4，车轮单元15包括固定到车辆10底架上的悬挂壳体30，悬挂壳体30具有带有上孔口40的上臂35和带有下孔口50的下臂45。在所示的实施例中，上孔口40和下孔口50是同轴的，以限定转向销(king pin)轴线或转向轴线55(图2和图5)。所示的悬挂壳体30还包括空腔60，空腔60容纳具有第一锥齿轮70和第二锥齿轮75的锥齿轮组件65。如图5所示，两个锥齿轮轴承80围绕固定的旋转轴线90可旋转地支撑位于悬挂壳体30的中心孔85内的第二锥齿轮75。
继续参考图2-4，第一锥齿轮70与第二锥齿轮75啮合，并由驱动轴95驱动，该驱动轴95与第一轭100和第二轭105相联接，第一轭100从悬挂壳体30的第一侧伸出，而第二轭105从悬挂壳体30的相对的第二侧伸出。在所示实施例中，驱动轴95垂直于固定旋转轴线90。第一轭100和第二轭105被配置为与电动机25或另一个车轮单元15相联接。例如，在一种配置中，第一轭100被驱动性地联接到电动机25的输出，第二轭105被驱动性地联接到相邻第二车轮单元15上的对应的第一轭100。换句话说，电动机25通过第一轭100和第二轭105中的一个来驱动锥齿轮组件65，而第一轭100和第二轭105中的另一个驱动另一个车轮单元15。
参考图3-5，传动壳体110(即，枢转壳体)围绕转向轴线55可枢转地联接到悬挂壳体30，该转向轴线垂直于固定的旋转轴线90和驱动轴95。特别地，上销115(即，上转向销)可以穿过传动壳体110的上孔口120和悬挂壳体30的上孔口40而被容纳，并且下销125(即，下转向销)可以穿过传动壳体110的下孔口130和悬挂壳体30的下孔口50而被容纳。因此，上销115和下销120与转向轴线55同轴。如下面更详细地所述，传动壳体110相对于悬挂壳体30围绕转向轴线55枢转，以使车辆10转向。
继续参考图3-5，联接复合行星传动装置135由悬挂壳体30和传动壳体110支撑。联接复合行星传动装置135包括输入驱动轴140和太阳齿轮145，驱动轴140和太阳齿轮145联接在一起，以通过恒速万向节(即CVJ)150共同旋转。所示的输入驱动轴140通过齿条啮合而被联接到第二锥齿轮75，以与其共同旋转。恒速万向节150包括形成在输入驱动轴140上的圆顶形壳体151。圆顶形壳体151容纳带有多个滚珠153的圆形保持架152，并且圆形保持架152联接到太阳齿轮145。多个滚珠153被容纳于相应的凹槽154，凹槽154形成在圆顶状壳体151的内表面(图4)。在所示实施例中，恒速万向节150是球笼式万向节(Rzeppa joint)，但是可替代实施例中可以使用其它种类的恒速万向节。恒速万向节150位于传动壳体110的第一内部部分155内，并使得太阳齿轮145能够相对于输入驱动轴140枢转。特别地，恒速万向节150被构造成能使固定的旋转轴线90围绕转向轴线55弯曲成可移动旋转轴线158，其中固定旋转轴线90与输入驱动轴140同轴，而可移动旋转轴线158与太阳齿轮145同轴(图6)。换句话说，可移动旋转轴线158可相对于固定旋转轴线90围绕转向轴线55枢转。
所示出的联接复合行星传动装置135还包括行星架160，行星架160在其中容纳太阳齿轮145，并且支撑多个第一行星齿轮165和多个第二行星齿轮170。太阳齿轮145和对应的第一和第二行星齿轮165,170构造成围绕太阳齿轮145(即，围绕可移动的旋转轴线158)旋转。所示出的第一行星齿轮165包括第一直径175(图5)，该第一直径175小于第二行星齿轮170的第二直径180。在所示实施例中，第一直径175约为90毫米(mm)，第二直径180约为126mm，并且第一直径175和第二直径180之间的比率为约1.4:1。在其他实施例中，第一直径175和第二直径180之间的比率在约1.1:1至约5:1之间。在另外的实施例中，第一直径175可以大于第二直径180。在所示实施例中，第一行星齿轮165中的每一个均与相应的第二行星齿轮170一体成型。行星齿轮轴185驱动性地联接一对第一行星齿轮165和第二行星齿轮170，以用于与其共同旋转。示出的行星齿轮轴185通过内侧轴承190联接到行星架160的第一端188，并且通过外侧轴承195联接到行星架160的第二端192。因此，第一轴承190和第二轴承195被构造成使得行星齿轮轴185以及第一行星齿轮165和第二行星齿轮170能够围绕每个行星齿轮轴185的中心轴线200(图5)旋转。在其他实施例中，第一行星齿轮165和第二行星齿轮170可以是联接到行星齿轮轴185以用于与其共同旋转的、分离的不同齿轮。
此外，第一行星齿轮165的一部分从成型在行星架160外周表面的第一组窗口202延伸出来，以与第一齿圈205啮合。第一齿圈205被固定(例如通过压配合接合)在传动壳体110的第二内部部分210内。第二行星齿轮170的一部分从成型在行星架160外圆周表面中的第二组窗口218延伸出来，以联接成型在输出轮毂215上的第二齿圈220。在所示实施例中，输出轮毂215的第二齿圈220位于第二内部部分210内，以与第二行星齿轮170啮合。
继续参考图3-5，输出轮毂215包括延伸到第二内部部分210外部的凸缘225。壳体轴承230位于输出轮毂215的凸缘225和传动壳体110的外周表面232之间，以使输出轮毂215能够相对于传动壳体110绕可移动旋转轴线158旋转。凸缘225包括外表面235，外表面235直接接合(例如经由压配合接合)轮辋245的内表面240，以将轮辋245可旋转地固定到输出轮毂215。凸缘225包括多个锥形突起250(例如，彼此角度间隔180度的两个突起250)，锥形突起250接合内表面240上的台阶255，以沿着可移动旋转轴线158将输出轮毂215定位在轮辋245内并使之居中。
参考图5，轮辋245包括垂直的中心轴线260，该垂直中心轴线260被定向成基本上平行于转向轴线55，并且以距离265与转向轴线55间隔开。所示的距离265为约80mm。在其他实施例中，距离265可以小于150mm。如下面更详细地描述的，使距离265最小化例如减小了上销115和下销125上的负载力，并且减小了作用在车轮单元15上的转向力。此外，轮胎270联接到轮辋245，以与中心轴线260对准，并与轮辋245共同旋转以接合表面20，从而为车辆10提供牵引力。在其他实施例中，轮胎270可以是接合表面20的连续履带，连续履带连接到多个车轮单元15的轮辋245。
参考图5，当电动马达25驱动锥齿轮组件65时，旋转动力传递路径275从锥齿轮组件65穿过联接复合行星传动装置135行进，并到达轮胎270以提供车辆10的运动。当需要沿直线行驶时，如图5所示，固定旋转轴线90与用于输入驱动轴140的可移动旋转轴线158基本上同轴，以直线驱动太阳齿轮145。太阳齿轮145然后驱动第一行星齿轮165围绕着可移动旋转轴线158枢转，其还使行星架160围绕可移动旋转轴线158旋转。由于第一齿圈205固定于传动壳体110(例如，第一齿圈205相对于可移动旋转轴线158保持固定)，旋转动力传递路径275指向第二行星齿轮170。另外，第一齿圈205支撑第一行星齿轮165，以将旋转动力传递路径275从第一行星齿轮165有效地传递到第二行星齿轮170，与此同时第一行星齿轮165和第二行星齿轮170和行星齿轮轴185以相同的角速度旋转。
第一直径175和第二直径180之间的差，以及太阳齿轮145与第一齿圈205及第二齿圈220的尺寸差提供了比常规传动装置更大的齿轮减速比。在所示实施例中，第一行星齿轮165和第二行星齿轮170的尺寸提供约15:1的齿轮减速比。此外，复合行星传动装置135的较大的齿轮减速比减小了作用在相对于第一行星齿轮165和第二行星齿轮170而言处于上游的部件(例如，太阳齿轮145，恒速万向节150，输入驱动轴140和锥齿轮组件65)上的扭力(例如，扭矩)。作用在这些部件上的减小的扭力能够减小这些部件的尺寸，从而使得这些部件能够以更高的角速度旋转。减小的扭力也提高了车轮单元15的可靠性。在一些实施例中，制动系统可以联接到一个或多个车轮单元15。
在旋转动力传递路径275从第一行星齿轮165行进到第二行星齿轮170之后，旋转动力传递路径275然后围绕可移动旋转轴线158驱动输出轮毂215。由于输出轮毂215被固定至轮辋245和轮胎270，轮辋245和轮胎270也围绕可动的旋转轴线158旋转，从而引起车辆10的线性运动。
参考图6，当车辆10想要向左或向右转向时，传动壳体110绕转向轴线55枢转，从而使得处于恒速万向节150下游的所有部件也以相同方向围绕转向轴线55枢转。如此，当输入驱动轴140驱动太阳齿轮145时，固定旋转轴90没有与可移动旋转轴线158对准，并且旋转动力传递路径275以与上述相同的方式移动通过复合行星传动装置135。在某一实施例中，传动壳体110包括从其延伸出的轭，轭被联接到液压缸和联动组件，液压缸和联动组件可操作而相对于悬挂壳体30枢转传动壳体110，以使车辆10转向。
此外，所示的复合行星传动装置135的尺寸和构造被设计成提供更大的齿轮减速比(如上所述)，以及为在轮辋245内的部件提供紧密的组装。复合行星传动装置135的紧密组装能够减小轮胎270和轮辋245的中心轴线260与转向轴线55之间距离265。减小距离265将减小在上销115和下销125上的负载力，减少转向力，并且减小当车轮单元15向左或向右转向时轮胎270相对于表面20的摩擦。此外，减小距离265允许在轮辋245内改进轴承(例如，壳体轴承230)的布置，从而在车轮单元15向左或向右转向时使力矩最小化，并且提高车轮单元15的可靠性和使用寿命。
虽然已经参考某些优选实施例详细描述了本发明，但在所描述的本发明的一个或多个独立方面的范围和精神内还可能存在变化和修改。在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于车辆的车轮单元，其特征在于，所述车轮单元包括：
悬挂壳体，所述悬挂壳体包括限定转向轴线的销；
传动壳体，所述传动壳体通过所述销连接到所述悬挂壳体，并且能够绕所述转向轴线枢转；
轮辋，所述轮辋能够围绕旋转轴线旋转，并被构造成与所述传动壳体一起围绕所述转向轴线枢转；和
联接复合行星传动装置，所述联接复合行星传动装置与所述轮辋驱动接合，所述联接复合行星传动装置包括：
输入驱动轴，所述输入驱动轴被联接到所述悬挂壳体，
太阳齿轮，所述太阳齿轮可围绕所述旋转轴线旋转，
恒速万向节，所述恒速万向节被联接在所述输入驱动轴和太阳齿轮之间，
第一齿圈，所述第一齿圈相对于所述传动壳体固定，
第一行星齿轮，所述第一行星齿轮与所述太阳齿轮和第一齿圈啮合，
第二齿圈，所述第二齿圈相对于所述轮辋固定，以用于围绕所述旋转轴线共同旋转，
第二行星齿轮，所述第二行星齿轮与所述第二齿圈啮合，以及
轴，所述轴联接所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮以用于共同旋转；
其中所述输入驱动轴的旋转引起所述第二齿圈的旋转。
2.根据权利要求1所述的车轮单元，其特征在于，所述轮辋限定中心轴线，所述中心轴线的方向平行于所述转向轴线，并且所述中心轴线距离所述转向轴线约80毫米。
3.根据权利要求1所述的车轮单元，其特征在于，所述输入驱动轴由联接到原动机的锥齿轮组件驱动。
4.根据权利要求3所述的车轮单元，其特征在于，所述锥齿轮组件包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，其中所述第一锥齿轮和第二锥齿轮的至少一部分位于所述悬挂壳体的空腔内。
5.根据权利要求4所述的车轮单元，其特征在于，所述第一锥齿轮通过驱动轴联接到第一轭和第二轭，其中所述第一轭由所述原动机驱动，所述第二轭被配置为将多个车轮单元联接在一起。
6.根据权利要求1所述的车轮单元，其特征在于，所述第一行星齿轮包括第一直径，所述第二行星齿轮包括第二直径，其中所述第一直径小于所述第二直径。
7.根据权利要求1所述的车轮单元，其特征在于，所述第二齿圈通过壳体轴承可旋转地联接到所述传动壳体。
8.根据权利要求1所述的车轮单元，其特征在于，所述车轮单元还包括支撑所述第一行星齿轮和第二行星齿轮的行星架，其中所述行星架围绕所述旋转轴线与所述第一行星齿轮和第二行星齿轮共同旋转。
9.根据权利要求8所述的车轮单元，其特征在于，所述轴通过第一轴承联接到所述行星架的第一端，并且所述轴通过第二轴承联接到所述行星架的第二端，其中所述第一轴承和第二轴承被构造成使所述轴能够围绕所述轴的中心轴线相对于所述行星架进行旋转。
10.根据权利要求1所述的车轮单元，其特征在于，所述第二齿圈与输出轮毂一体成型，并且所述输出轮毂的外表面直接接合所述轮辋的内表面，以将所述轮辋可旋转地固定到所述输出轮毂。
11.根据权利要求10所述的车轮单元，其特征在于，所述输出轮毂被构造成以压配合的方式接合所述轮辋。
12.一种用于车辆的车轮单元，其特征在于，所述车轮单元包括：
悬挂壳体，所述悬挂壳体包括限定转向轴线的转向销；
枢转壳体，所述枢转壳体通过所述转向销联接到所述悬挂壳体，并且能够绕所述转向轴线枢转；
轮辋，所述轮辋能够围绕旋转轴线旋转，并被构造成与所述枢转壳体一起围绕所述转向轴线枢转；和
联接复合行星传动装置，所述联接复合行星传动装置与所述轮辋驱动接合，所述联接复合行星传动装置包括：
输入驱动轴，所述输入驱动轴被联接到所述悬挂壳体，
太阳齿轮，所述太阳齿轮可围绕所述旋转轴线旋转，并可与所述枢转壳体一起围绕所述转向轴线枢转，
恒速万向节，所述恒速万向节被联接在所述输入驱动轴和太阳齿轮之间，
第一齿圈，所述第一齿圈被固定至所述枢转壳体，
输出轮毂，所述输出轮毂包括第二齿圈，所述第二齿圈可围绕所述旋转轴线旋转，并且被构造为与所述枢转壳体一起围绕所述转向轴线枢转，
行星架，所述行星架构造成支撑第一行星齿轮和第二行星齿轮，所述第一行星齿轮与所述太阳齿轮和第一齿圈啮合，所述第二行星齿轮与所述第二齿圈啮合，以及
轴，所述轴联接所述第一行星齿轮和第二行星齿轮，以围绕所述轴的中心轴线和所述旋转轴线共同旋转；
其中所述输入驱动轴的旋转引起所述输出轮毂的旋转。
13.根据权利要求12所述的车轮单元，其特征在于，所述轮辋限定中心轴线，所述中心轴线的方向平行于所述转向轴线，并且所述中心轴线距离所述转向轴线约80毫米。
14.根据权利要求12所述的车轮单元，其特征在于，所述输入驱动轴由联接到原动机的锥齿轮组件驱动。
15.根据权利要求14所述的车轮单元，其特征在于，所述锥齿轮组件包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，其中所述第一锥齿轮和第二锥齿轮的至少一部分位于所述悬挂壳体的空腔内。
16.根据权利要求15所述的车轮单元，其特征在于，所述第一锥齿轮通过驱动轴联接到第一轭和第二轭，其中所述第一轭由所述原动机驱动，所述第二轭被配置为将多个车轮单元联接在一起。
17.根据权利要求12所述的车轮单元，其特征在于，所述第一行星齿轮包括第一直径，所述第二行星齿轮包括第二直径，其中所述第一直径小于所述第二直径。
18.根据权利要求12所述的车轮单元，其特征在于，所述输出轮毂通过壳体轴承可旋转地联接到所述枢转壳体。
19.根据权利要求12所述的车轮单元，其特征在于，所述轴通过第一轴承联接到所述行星架的第一端，并且所述轴通过第二轴承联接到所述行星架的第二端。
20.根据权利要求1所述的车轮单元，其特征在于，所述输出轮毂的外表面直接接合所述轮辋的内表面，以将所述轮辋可旋转地固定到所述输出轮毂。
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