CN113518872B - 用于轮毂的周转减速器及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆轮毂的周转减速器，该周转减速器包括：壳体；布置在壳体中的太阳齿轮，该太阳齿轮包括太阳齿并且被构造成用于联接至输入件；多个行星齿轮，所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮包括与太阳齿中的一些太阳齿啮合的行星齿；行星架，该行星架将行星齿轮彼此联接并且被构造为输出件；以及齿圈，该齿圈包括与行星齿轮中的每个行星齿轮的行星齿中的一些行星齿啮合的环形齿。齿圈可以在壳体内于减速位置与直接驱动位置之间移动，在减速位置中，行星齿轮被构造成相对于齿圈旋转，并且在直接驱动位置中，齿圈被限制与行星齿轮一起旋转。

Description

用于轮毂的周转减速器及车辆

背景技术

本发明涉及车辆并且特别是涉及用于车辆的周转减速器。

车辆、比如卡车经常用于拖曳重型装载物。这种车辆通常包括通过传动装置联接至驱动轮的热力发动机。传动装置通常具有将驱动轴以可旋转的方式联接至发动机的齿轮箱。用于对轮进行驱动的半轴例如借助于一个或更多个差速器而以可旋转的方式联接至驱动轴。半轴使轮毂转动，轮毂连接至轮以使轮旋转。这允许旋转发动机向轮提供动力以使轮旋转并使车辆移动。

对于卡车和其他大型车辆，已知提供两级减速以便于使轮以比发动机的旋转速度低的旋转速度旋转并且增加轮的扭矩。第一级减速通常发生在齿轮箱中。然而，由于对轮的高扭矩要求，齿轮箱通常不能在保持所需的离地间隙的同时提供所期望的减速。为了提供附加的减速，可以例如通过使用周转齿轮箱在轮毂处设置第二级。

周转减速器可以包括：行星齿轮组，该行星齿轮组具有中央太阳齿轮；多个行星齿轮，所述多个行星齿轮与太阳齿轮啮合；行星架，该行星架将行星齿轮联接在一起；以及齿圈，该齿圈与行星齿轮啮合。太阳轮可以作为输入件联接至车轴，并且行星架充当用以对轮毂和轮进行驱动的输出件。以这种方式，行星齿轮箱为驱动轮提供了附加的减速和扭矩。然而，减速是有代价的。

发动机需要以更高的速度旋转才能以与未减速构型相同的速度对轮进行驱动，这会增加燃料消耗。

该技术中需要传动系统对轮进行驱动，该传动系统需要比已知系统少的燃料消耗。

发明内容

本说明书提供了一种具有齿圈的周转减速器，该齿圈可以在减速位置与直接驱动位置之间移位。在根据本公开所提供的一些示例中，用于车辆轮毂的周转齿轮箱包括：壳体；设置在壳体中的太阳齿轮，该太阳齿轮包括太阳齿并且被构造成联接至输入件；多个行星齿轮，所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮包括与太阳齿中的一些太阳齿啮合的行星齿；行星架，该行星架将行星齿轮彼此联接并且被构造为输出件；以及齿圈，该齿圈包括与行星齿轮中的每个行星齿轮的行星齿中的一些行星齿接合的环形齿。齿圈能够在壳体内于减速位置与直接驱动位置之间移动，在减速位置中，行星齿轮被构造成相对于齿圈旋转，并且在直接驱动位置中，齿圈与行星齿轮以可旋转的方式锁定。

在根据本公开所提供的一些示例性实施方式中，车辆包括：底盘；发动机，该发动机由底盘承载；齿轮箱，该齿轮箱构造成联接至发动机；驱动轴，该驱动轴以可旋转的方式联接至齿轮箱；车轴，该车轴以可旋转的方式联接至驱动轴；以及轮毂，该轮毂由底盘承载并且包括周转减速器。周转减速器包括：壳体；设置在壳体中的太阳齿轮，该太阳齿轮包括太阳齿并且以可旋转的方式联接至车轴；多个行星齿轮，所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮包括与太阳齿中的一些太阳齿啮合的行星齿；行星架，该行星架将行星齿轮联接在一起并且被构造为输出件；以及齿圈，该齿圈包括与行星齿轮中的每个行星齿轮的行星齿中的一些行星齿啮合的环形齿。齿圈能够在壳体内于减速位置与直接驱动位置之间移动，在减速位置中，行星齿轮构造成相对于齿圈旋转，并且在直接驱动位置中，齿圈与行星齿轮以可旋转的方式锁定。

本文中公开的周转减速器的示例性实施方式的可能的优点在于，当对轮的扭矩要求降低、比如当车辆未装载时，齿圈可以移动至直接驱动位置，以便消除轮毂减速并且提高燃油效率。

本文中公开的周转减速器的示例性实施方式的另一可能的优点在于，周转减速器可以被改装至车辆，使得齿圈通过车辆使用现有的加压气体系统而移位。

附图说明

通过参考本发明的实施方式的以下结合附图所获得的描述，本发明的前述和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显并且本发明将被更好地理解，在附图中：

图1是包括根据本公开形成的轮毂的车辆的示例性实施方式的侧视图；

图2A是具有根据本公开形成的周转减速器的轮毂的示例性实施方式的立体图，该周转减速器部分地以虚线示出；

图2B是图2A中所示的轮毂的局部剖切立体图，其中，周转减速器壳体被移除以图示该周转减速器的内部工作；

图3是图2A和图2B中所示的轮毂沿着图2A中的线3-3截取的横截面图；

图4A是当以虚线示出的周转减速器齿圈已经移动至直接驱动位置时的图2A、图2B和图3中所示的轮毂的立体图；

图4B是图4A中所示的轮毂的局部剖切立体图，其中，壳体被移除以图示周转减速器的内部工作；以及

图5是图4A和4B中所示的轮毂沿着图4A中的线5-5截取的横截面图。

贯穿各个视图，对应的附图标记指示对应的部分。本文中阐述的示例说明了本发明的公开内容，并且这类示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

现在参照附图，并且更具体地参照图1，图示了根据本公开形成的车辆100的示例性实施方式。在图示的实施方式中，车辆100是卡车，该卡车包括底盘101和由底盘101承载的热机、比如发动机102。发动机102可以是：例如由储存在罐中的化学燃料、比如汽油或柴油驱动的内燃发动机；由来自电池的电流提供动力的电动马达；或要么来自内燃发动机要么来自电动马达的混合组合输出件。齿轮箱103设置成将来自马达102的输出动力传递至以可旋转的方式联接的驱动轴104。众所周知，齿轮箱103可以提供从马达102到驱动轴104的第一级减速。驱动轴104例如借助于由底盘101承载的一个或更多个差速器而以可旋转的方式联接至一个或更多个半轴105、106。车轴105、106联接至相应的轮毂107、108，使得车轴105、106的旋转引起轮毂107、108的一部分的对应旋转。轮109安装在轮毂107、108上，于是，轮毂107、108的旋转部分引起轮109旋转以使车辆100移动。车辆100还可以包括操作员室110，如已知的那样，操作者在操作期间于操作室110中控制车辆100。

现在参照图2A和图2B，示出了根据本公开形成的轮毂107中的一个轮毂107的示例性实施方式。尽管在图2A和图2B中示出轮毂108，但应指出的是，轮毂108可以以类似的方式构造。轮毂107通常包括轮安装部分201和以可旋转的方式联接至轮安装部分201的周转减速器210。如已知的，轮安装部分201包括用于将轮109安装至轮毂107的多个螺钉202。

周转减速器210包括封围齿轮220、230、240的壳体211，这将在本文的后面进行描述。壳体211以可旋转的方式联接至轮安装部分201以向安装部分201施加旋转并且使安装的轮109旋转。例如，壳体211例如可以包括键接合部分212，键接合部分212与轮安装部分201的对应的键接合部分203以可旋转的方式锁定。应指出的是，壳体211可以通过其他方式以可旋转的方式联接至轮安装部分201，并且先前描述的联接仅是示例性的。

现在特别地参照图2B，并且也参照图3，图示了周转减速器210的内部工作。周转减速器210包括：太阳齿轮220，太阳齿轮220构造为输入件；多个行星齿轮230，所述多个行星齿轮230与太阳齿轮220齿接合；行星架250，行星架250将行星齿轮230联接在一起并且被构造为输出件；以及齿圈240，齿圈240环绕行星齿轮230并且与行星齿轮230啮合。太阳齿轮220以可旋转的方式联接至车轴105，因此车轴105的旋转也使太阳齿轮220旋转。太阳齿轮220可以通过任何合适的方式以可旋转的方式联接至车轴105。太阳齿轮220由于其旋转联接而以与车轴105相同的旋转速度旋转。

太阳齿轮220在其圆周222上包括多个太阳齿221。太阳齿221的数目以及太阳齿221的间距和形状可以如已知的那样变化。每个行星齿轮230在其圆周232上包括多个行星齿231。行星齿231的数目和间距可以如已知的那样变化。由于每个行星齿轮230的行星齿231中的一些行星齿231与太阳齿轮220的太阳齿221中的一些太阳齿轮221啮合，因此行星齿轮230与太阳齿轮220啮合。行星齿轮230与太阳齿轮220之间的啮合允许太阳齿轮220在太阳齿轮220旋转时使行星齿轮230转动。应指出的是，尽管周转减速器210被图示为具有与太阳齿轮220啮合的三个行星齿轮230，但是行星齿轮230的数目可以如已知的那样改变。

行星架250将行星齿轮230联接在一起并且帮助行星齿轮230保持与太阳齿轮220啮合。如所图示的，行星架250可以包括多个间隔开的安装轴251。行星齿轮230中的每个行星齿轮230可以安装在相应的安装轴251上并且当通过太阳齿轮220旋转时绕该轴旋转，这将在本文的后面进行描述。行星齿轮230绕与旋转轴105大致同轴的旋转架的几何轴线AR的旋转引起行星架250绕旋转架的几何轴线AR的对应旋转。如图2A中所示，行星架250可以以可旋转的方式联接至壳体211，因此行星架250的旋转引起壳体211的对应旋转，并且因此引起轮安装部分201和安装的轮109的旋转。行星架250与壳体211之间的旋转联接允许所述架用作周转减速器210的输出件，但应指出的是，行星架250可以被构造为其他模式的输出件。在一些实施方式中，行星架250在其圆周254上包括具有支承齿253的承载环252，其重要性将在本文件的后面进行描述。

齿圈240环绕行星齿轮230并且在内周242上具有与行星齿轮230的齿轮齿231中的一些齿轮齿231啮合的环形齿241，因此齿圈240和行星齿轮230啮合在一起。如图2A至图3中所示，当太阳齿轮220旋转、即齿圈240和行星齿轮230未被以可旋转的方式锁定在一起时，齿圈240处于减速位置，在该减速位置中，行星齿轮230可以相对于齿圈240旋转。在一些实施方式中，周转减速器210包括锁定带260，锁定带260具有形成在其外周262上的锁定齿261，锁定齿261与环形齿241中的一些环形齿241啮合，因此齿圈240在其处于减速位置时未被以可旋转的方式锁定到行星齿轮230上，这允许行星齿轮230相对于齿圈240旋转。

由于齿圈240在减速位置未被以可旋转的方式锁定到行星齿轮230上，因而当太阳轮220旋转、即行星齿轮230一起旋转时，这些齿轮230将趋向于绕安装轴251并且沿着齿圈240的内周242旋转。行星齿轮230绕旋转架的几何轴线AR旋转。如已知的，行星齿轮230的旋转使它们以比太阳齿轮220的旋转速度低的角速度绕旋转架的几何轴线AR旋转。行星齿轮230绕旋转架的几何轴线AR的旋转速度控制行星架250绕行星架AR的几何轴线的旋转速度，其中，行星架250为周转减速器210的输出件。因此，行星架250的旋转速度比车轴105的旋转速度慢并且在齿圈240处于减速位置时联接太阳齿轮220。行星架250的较低的相对旋转速度提供第二级减速并且使传递至安装在轮毂107的安装部分201上的轮109的扭矩增加。

尽管在存在对轮109进行驱动的高扭矩要求、比如当车辆100被装载时，两级减速是有用的，但是发动机102的与轮109相比的相对高的旋转速度显著地增加了燃料消耗。这种高燃料消耗例如在车辆100未被装载并且仅从一个地方行驶到另一地方时不能得到保证。在这种情况下，由于对轮109的扭矩要求不高，因而浪费了对轮109的高扭矩传递。因此，两级降档并不总是有益的，并且在某些情况下由于相对低的燃料消耗而实际上可能是有害的。

为了提高燃料效率，现在参照图4A、图4B和图5，图示了齿圈240如何从图2A、图2B和图3中所示的减速位置移位至下述直接驱动位置：在该直接驱动位置中，行星架250的旋转速度与太阳齿轮220的旋转速度相同并且因此与车轴105的旋转速度相同。在直接驱动位置中，齿圈240以可旋转的方式锁定到行星齿轮230上，因此行星齿轮230不再沿着齿圈240的内周242并绕旋转架的几何轴线AR旋转。相反地，行星齿轮230以与太阳齿轮220相同的旋转速度绕旋转架的几何轴线AR旋转。由此，行星架250绕旋转架的几何轴线AR的旋转速度变得与太阳齿轮220的旋转速度大致相等并且因此与车轴105的旋转速度大致相等。在这个意义上，周转减速器210处于直接驱动模式，当齿圈240移动至直接驱动位置时，则在考虑到由于例如摩擦引起的损失之后，轮109的旋转速度与车轴105的旋转速度大致相等。处于直接驱动模式的周转减速器210允许发动机102与轮109之间的速度比在齿轮箱103中被控制。

在一些实施方式中，通过将环形齿241与锁定带260的锁定齿261断开接合且同时保持环形齿241与行星齿轮230的行星齿231之间的啮合而将齿圈240以可旋转的方式锁定到行星齿轮230上。齿圈240也可以在齿圈240处于直接驱动位置时与行星架250的支承齿253啮合。在这个意义上，齿圈240能够平行于旋转架的几何轴线AR轴向地移位，以与周转减速器210内的若干个齿接合和断开接合并且在减速位置与直接驱动位置之间切换。

现在具体地参照图2B、图3、图4B和图5，示出了齿圈240可以包括设置在壳体211的凹槽310(图3中首次示出)中的活塞243。可作为压缩活塞的偏置器270可以安置在凹槽310中并且支承在活塞243上以迫压活塞243并由此将齿圈240迫压至期望位置。在所示的实施方式中，压缩弹簧270被安置在槽310中以被支承在活塞243上并且将齿圈240朝向减速位置推进。在活塞243上没有施加任何反作用力的情况下，齿圈240将在通过被压缩弹簧270致动时保持处于减速位置，然后周转减速器210起作用以降低旋转速度并且增加轮109的扭矩。应指出的是，偏置器270也可以被定位成将齿圈240驱动至直接驱动位置，因此需要反作用力将齿圈240转换至减速位置。另外应当理解的是，尽管偏置器270被示为压缩弹簧，但它也可以采用其他形式比方说例如拉伸弹簧或加压充气件。

为了使活塞243移动至凹槽310并且使齿圈240移动至直接致动位置，壳体211可以包括流体地联接至凹槽310的流体入口311(在图3中首次示出)。流体入口311例如可以流体地联接至车辆100的加压气体系统120(图1中所示)。加压气体系统120有时可以是对加压气体到车辆空气弹簧100的流动进行控制的系统。这类系统是已知的，因此为简洁起见省略进一步的描述。

当期望将齿圈240推进至直接致动位置时，操作员可以使用操作员室110中的开关来向加压气体系统120发出信号以将加压气体通过流体入口311供应至槽310。供应至凹槽310的加压气体作用在活塞243上以反作用于压缩弹簧270的力。当足够的流体压力作用在活塞243上以克服由压缩弹簧270施加的力时，活塞243平行于行星架250的旋转架的几何轴线AR在凹槽310中行进。活塞243的移位引起齿圈240从减速位置到直接致动位置的对应移位。

当需要将齿圈240返回至减速位置时，操作员可以使用操作员室110中的开关发出信号以诸如通过打开联接阀而使槽310中的加压流体被清除。清除加压流体将活塞243上的克服压缩弹簧270的力的反作用力移除，然后压缩弹簧270将齿圈240推进至减速位置。

尽管物理元件(压缩弹簧270)被图示为将齿圈240推进至减速位置，但在一些实施方式中，齿圈240仅通过使用流体压力而被在减速位置与直接驱动位置之间切换。例如，可以向槽310供应加压流体以使齿圈240从减速位置移动至直接驱动位置。为了使齿圈240移动回到减速位置，可以在流体入口310处形成将所述齿轮240拉动至该位置的真空。替代性地，可以在槽310中形成真空以使齿圈240移动至直接致动位置，并且可以向槽310供应加压流体以使齿圈240移动至减速位置。

在替代性实施方式中，致动器520(在图5中以虚线示出)具有致动器杆521，致动器杆521联接至齿圈240，以使齿圈240在减速位置与直接致动位置之间移动。致动器杆521可以平行于行星架250的旋转架的几何轴线AR延伸。致动器520可以被电动地、气动地或液压地供以动力，并且与车辆100的对应的动力系统联接。当致动器杆521联接至齿圈240时，致动器杆521的运动控制齿圈240的位置。因此，致动器杆521的伸出和缩回可以引起齿圈240在直接致动位置与减速位置之间的对应移位。然后应指出的是，根据本公开，齿圈240可以以多种方式在减速位置与直接驱动位置之间移动。

综上所述，应指出的是，根据本公开提供的周转减速器210允许马达102对轮109进行两级减速，周转减速器210可以被选择性地断开接合。例如，当车辆100被装载并且对轮109的扭矩要求高时，可以使用两级减速。为了提供两级减速，周转减速器210的齿圈240处于减速位置。当需要单级减速(或不减速)时，例如为了增加燃料效率，当车辆100未被装载时，齿圈240可以移动至直接驱动位置，则周转减速器210不在车轴105与轮109之间提供显著的速度减小。于是发动机102与轮109之间的速度比可以由齿轮箱103控制并且例如可以允许过载以进一步提高燃料效率。

尽管已经关于至少一个实施方式对本发明进行了描述，但是可以在本公开的精神和范围内另外地对本发明进行修改。因此，本申请意在通过使用其一般原理来涵盖本发明的任何变型、用途或改型。另外，该申请意在涵盖与本发明的这些偏离，这些偏离落入本发明所属领域中已知或惯常实践，且落入所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于轮毂的周转减速器，其特征在于，所述周转减速器包括：

壳体；

设置在所述壳体中的太阳齿轮，所述太阳齿轮包括太阳齿并且被构造成联接至输入件；

多个行星齿轮，每个行星齿轮各自包括与所述太阳齿中的一些太阳齿啮合的行星齿；

行星架，所述行星架将行星齿轮联接在一起并且被构造为输出件；

齿圈，所述齿圈包括与所述行星齿轮中的每个行星齿轮的所述行星齿中的一些行星齿啮合的环形齿，所述齿圈在所述壳体内能够在减速位置与直接驱动位置之间移位，在所述减速位置中，所述行星齿轮构造成相对于所述齿圈旋转，在所述直接驱动位置中，所述齿圈与所述行星齿轮以可旋转的方式锁定；以及

偏置器，所述偏置器作用在所述齿圈上以将所述齿圈朝向所述减速位置迫压；

其中，所述壳体包括凹槽，所述偏置器设置在所述凹槽中，并且所述齿圈包括设置在所述凹槽中的活塞。

2.根据权利要求1所述的周转减速器，其中，所述偏置器是压缩弹簧。

3.根据权利要求1或2所述的周转减速器，其中，所述壳体包括流体地联接至所述凹槽的流体入口。

4.根据权利要求1所述的周转减速器，还包括具有锁定齿的锁定带，当所述齿圈处于所述减速位置时，所述锁定齿与所述环形齿中的至少一些环形齿啮合。

5.根据权利要求4所述的周转减速器，其中，当所述齿圈处于所述直接驱动位置时，所述齿圈的所述环形齿与所述锁定齿解除啮合。

6.根据权利要求5所述的周转减速器，其中，所述行星架包括承载齿，当所述环形齿处于所述直接驱动位置时，所述承载齿与所述环形齿中的至少一些环形齿啮合。

7.根据权利要求1所述的周转减速器，其中，当所述齿圈处于所述直接驱动位置时，所述太阳齿轮的旋转速度与所述行星架的旋转速度大致相等。

8.一种车辆，包括：

底盘；

发动机，所述发动机由所述底盘承载；

齿轮箱，所述齿轮箱构造成联接至所述发动机；

驱动轴，所述驱动轴以可旋转的方式联接至所述齿轮箱；

车轴，所述车轴以可旋转的方式联接至所述驱动轴；以及

轮毂，所述轮毂由所述底盘承载并且包括周转减速器，所述周转减速器的太阳齿轮以可旋转的方式联接至所述车轴，所述周转减速器包括：

壳体；

容纳在所述壳体中的太阳齿轮，所述太阳齿轮包括太阳齿并且以可旋转的方式联接至所述车轴；

多个行星齿轮，每个行星齿轮各自包括与所述太阳齿中的一些太阳齿啮合的行星齿；

行星架，所述行星架将所述行星齿轮联接在一起并且被构造为输出件；

齿圈，所述齿圈包括与所述行星齿轮中的每个行星齿轮的所述行星齿中的一些行星齿啮合的环形齿，所述齿圈在所述壳体内能够在减速位置与直接驱动位置之间移位，在所述减速位置中，所述行星齿轮构造成相对于所述齿圈旋转，在所述直接驱动位置中，所述齿圈以可旋转的方式锁定到所述行星齿轮上；以及

偏置器，所述偏置器作用在所述齿圈上以将所述齿圈朝向所述减速位置推进；

其中，所述壳体包括容纳所述偏置器的凹槽，并且所述齿圈包括布置在所述凹槽中的活塞。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述偏置器是压缩弹簧。

10.根据权利要求8或9所述的车辆，其特征在于，所述壳体包括流体地联接至所述凹槽的流体入口。

11.根据权利要求8所述的车辆，还包括具有锁定齿的锁定带，当所述齿圈处于所述减速位置时，所述锁定齿与所述环形齿中的至少一些环形齿啮合。

12.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于，当所述齿圈处于所述直接驱动位置时，所述齿圈的齿与所述锁定齿解除啮合。

13.根据权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述行星架包括支承齿，当所述齿圈处于所述直接驱动位置时，所述支承齿与所述环形齿中的至少一些环形齿啮合。

14.根据权利要求8所述的车辆，还包括以可旋转的方式联接至所述轮毂的轮。

15.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，当所述齿圈处于所述直接驱动位置时，所述行星架的旋转速度与所述车轴的旋转速度大致相等。