CN1676973A - 差动装置的热管冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调节和控制差动车桥总成温度的装置。一热管插在车桥壳中，其中一部分浸在轴润滑剂中。优选在热管的浸入部分和位于车桥壳外的部分上都设置冷却翅片。热管优选固定在可移动盖板上，并基本上置于该可移动盖板内部，而此可移动盖板则与壳体固定。热管内包含一种蒸发工作流体，以促进润滑剂和外部环境之间的传热。

Description

差动装置的热管冷却器

技术领域

本发明涉及一种用于差动装置的热管冷却器，尤其涉及一种用于从差动润滑剂传热的有效蒸发热管装置。

背景技术

通常轴是用油箱中贮备的、由运动部件使之流动的油来润滑的。这被称作飞溅润滑。飞溅润滑车桥总成(axle assembly)或者其它扭矩传送装置的工作温度通常取决于传送的扭矩、环境温度、转速以及该装置上的气流。

该工作温度可以从刚刚高于环境温度到高出环境温度200多°F。大大高于250°F的工作温度可开始造成轴内零部件和润滑剂自身耐用性方面的问题。通常在高速和/或大扭矩时碰到这样的温度，例如在高速公路上高速行驶或者拖车时。因此，最好尽可能地避免这样的高温。本发明的目的就在于将这样高的工作温度降到最低。

众所周知，为了避免工作温度过高，在车桥总成中设置冷却管道。这样的管道大约占据了差动装置的一大半空间，管道中容纳着来自另一设备的液压液体，该液体能够将轴中的润滑剂冷却。

还有，为差动装置设置热管，该热管具有延伸穿过油箱的吸热部分和外设式散热装置。

此外，使热管包括内装有换热介质的封闭管，该管包括若干翅片。

因此，本发明的根本目的在于提供液体润滑剂的有效冷却区域，该冷却区域容易利用，不会造成制造成本、所需空间以及重量的显著增加。

发明内容

本发明涉及一种用于轴的热管冷却器，该轴包括壳体和可移动的盖子。所述热管固定在盖子上，并包括热接收区、散热区和工作流体，其中工作流体在所述热接收区蒸发而在所述散热区冷凝，从而促进了所述润滑剂和外部环境之间的热交换。该热接收区至少部分浸在润滑剂中，而且还包括增强传热的散热翅片。

附图说明

参照附图说明，可以更好地理解本发明，其中相同的部件用相同的附图标记表示，其中：

图1是根据本发明的差动盖板的后视图，该差动盖板带有一体化的热管装置。

图2是沿图1中2-2线的剖视图。

图3是根据本发明又一实施例带有一体化的热管装置的差动盖板的后视图。

图4是沿图3中4-4线的剖视图。

图5是根据本发明又一实施例固定在差动盖板上的热管的剖视图。

图6是根据本发明又一实施例固定在差动盖板上的热管的剖视图。

图7是根据本发明又一实施例固定在差动盖板上的热管的透视图。

图8是图7所示实施例的前视外观图。

图9是图8所示实施例的局部放大外观图。

图10是根据本发明又一实施例固定在差动盖板上的热管的剖视图。

图11是采用本发明热管的已安装差动装置的透视图。

图12是根据本发明实施例固定在差动盖板上的热管的正视图。

图13是图12所示实施例的侧视图。

图14是包含温度敏感阀的本发明又一实施例的侧视图。

图15是图14所示温度敏感阀的前视外观图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于冷却差动装置中的润滑液的热管装置。优选用蒸发热管装置来增加从润滑剂向外部环境的传热量。该热管装置包括固定在可移动的盖子上的密封热管，该热管中包含工作流体。要将该工作流体选择为在差动装置工作温度范围内可蒸发并可冷凝的物质。该热管的作用是降低车桥总成中润滑液的温度。如果润滑剂的温度变高，润滑剂将分解，其粘度和有效地润滑齿轮装置的能力都会降低。本发明可有效地将润滑剂维持在可接受的工作温度。

该热管包含诸如水、钠基流体或者其他适宜的工作流体。由于重力，工作流体以液体形式聚集在热管的底部。热管的底部浸在轴润滑剂池中，并使工作流体蒸发(蒸发潜热)，从而降低了润滑剂的温度。然后蒸气上升到冷凝部分，在冷凝部分蒸气冷凝，向外部环境散热。接着冷凝液回流到蒸发部分，在蒸发部分上述循环继续进行。所述设计增加了可从轴润滑剂转移的热量。现在将对本发明优选实施例的结构进行描述。

图1和图2示出了设有一体化热管装置3的差动盖板1。中空的环形热管4与盖板1的支撑部7形成一体，环形热管4形成一个连续的封闭回路，该回路内包含传热流体5。在盖板1的浇铸过程中，只需简单地将热管放置在模型中。一体浇铸有助于热管4和支撑部7之间的良好接触，从而促进了两者之间的传热以及热管的牢固安装。厚厚的支撑部7外表面上形成有散热翅片9，以增强传热。可以看到，热管的第一细长部11设置在盖子1的边界内，因而位于轴的壳体中。从图1可以看到，热管位于润滑剂13的水平面以下，而润滑剂13恰好位于注油孔14的下面，因此，在车桥总成的运行过程中，热管的第一细长部保持浸在轴润滑剂中。第二细长部12保持大体嵌在支撑部9内。当工作流体从热润滑剂中吸取热量时，它在第一细长部11中蒸发。蒸气移动到第二细长部，在第二细长部蒸气冷凝并通过支撑部7向外部环境释放热量。显然，一体化设计的热管和盖装置提供了增强车桥总成散热的简单解决办法，该办法不需要对车桥总成或壳体其余部分作任何改动。这样的设计考虑到了对已有的差动装置作简单翻新改进的应用需求。该设计也允许远离安装轴的车辆将热管不费力地与盖板进行装配。

图3和图4示出本发明的另一实施例。与前一实施例一样，热管装置23与盖板21一体固定。与前一实施例中的一样，热管优选与盖板一起浇铸，以形成热管和盖板之间的一体连接。根据此实施例(图3、4)，热管延伸穿过盖板21的经过改动的支撑部27，从而使得第二细长部31设置在盖板和车桥壳的外部。若干散热翅片28固定在热管的第二细长部上，以促进对外部环境的传热。图3和图4所示实施例的其余部分与前面所述的图1和图2所示实施例中的基本相同。

热管装置3、23中可以充入钠基工作流体。但是，可以选择将热量转移的特定流体和可溶成份的浓度，以保持一定温度，该温度主要取决于润滑剂理想的工作温度，例如不超过200度。尽管此实施例不包括毛细结构或毛细芯，但也可以包括毛细结构或毛细芯，在一定程度上增强蒸发循环。工作流体也必须选择与热管材料相容的，以避免不希望发生的反应。例如，热管3、23和盖板1可以用铝、铜、不锈钢或其他合适的材料制成。

图5和图6所示的是本发明的另外的实施例的剖视图。如图5所示，后盖101固定在差动壳体上，该壳体中包含差动齿轮，使一对输出轴205(一个已示出)之间差动转动。正如该领域公知的那样，小齿轮206驱动环形齿轮207，环形齿轮207反过来使包含差动齿轮(用附图标记208示意性地表示)的差动箱转动。与传统技术一样，盖子101只是简单地螺接到该壳体的后部。盖板201优选包含一个一体形成的容器202，该容器与壳体201中的润滑剂池213是液体连通的。该热管装置203包含位于润滑剂池213中的第一蒸发端211和也浸在润滑剂中的若干散热翅片211a。热管穿过盖板1、容器202，至外部环境，到达冷凝部212，冷凝部212也包括若干散热翅片212a。热管装置203也优选包括位于所述热管中的芯部216，以通过毛细作用来促进工作流体从所述蒸发热接收区211向冷凝散热区212的传热。举例来说，芯部216可以由金属滤网(metalscreen)制成。

图6示出了对图5所示实施例稍作修改后的实施例。在此实施例中，热管213的蒸发部分在容器202内大体上竖直地延伸，而图5所示实施例中的热管211则大体上水平地延伸。

在如图6至图9所示的实施例中，采用了两个热管203a和203b，每个热管都包含如前述实施例中的单独的蒸发循环。但是，第一组散热翅片412a在散热/冷凝区将该装置的各根热管相互连接起来。第二组散热翅片411a将装置的各根热管203a、203b在吸热/蒸发区相互连接起来，如图8和9所示。

正如前面指出的那样，可以根据盖板的特定材料和车桥总成的润滑液的工作温度，来选择特定的材料。热管或封套可以用重量轻、同时能够承受环境腐蚀的耐用材料制成。可以采用铝、铜甚至某些类型的塑料。在图1至图4所示的实施例中，后盖最好用压铸铝制成，热管封套用铝制成，其内包含钠基工作流体。在其它实施例中，可以采用诸如铝、不锈钢或者铜这样的金属。上述的金属提供了足够的强度，以能够容纳工作温度高时的高蒸气压力。封套也可以是诸如聚乙烯管这样的有点柔韧性或者可弯曲的材料。芯部的作用在于，通过毛细作用将工作流体从冷凝部输送到蒸发部。其形状在形式上可以不同，该芯部也可以由不同的材料制成，例如可以用金属滤网。但是，只要它与工作流体和热管封套的材料相容，还可以采用金属粉末、金属泡沫、烧结金属、毡型金属、以及某些类型的塑料，甚至玻璃。芯部也可以省略不用，形成如图1至图4中所示的热虹吸管。最后指出的的是，应该避免工作流体和封套的某些组合，这样的组合可能会产生不凝性气体。这些气体可能是封套和工作流体之间发生化学反应产生的，例如，铝封套和水将产生AIO和氢气。不凝性气体的过量聚集将造成热管工作失效。不过，避免上述不合适的组合，恰好落在本领域普通技术人员掌握的知识范围之内，本领域的文献很好地记载了这样的组合。

尽管已经参照优选实施例对上述发明进行了描述，本领域的普通技术人员明白，在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，可以对上述实施例进行许多变换和修改。例如，图1至图13示出了另外一些示范性的实施例，这些实施例也被认为是归入本发明的主旨和范围内的。举例来说，参照图10，热管可以在壳体内延伸到盖板外部。热管也可以大体上水平地从盖板中露出，如图11所示。

图14至图15所示的是另外一个优选实施例，该实施例包括设置在热管和盖板内液体容器之间的温度敏感阀。设置温度敏感阀的目的是提供下述理想的润滑剂，即它在具有足够大的粘度，从而避免磨损啮合的齿轮齿的同时，还具有足够的可流动性，从而不至于阻碍齿轮啮合的效率和产生阻力。该推荐实施例旨在改进这样一种设计原理，即通过限制润滑剂向热沉源的流动，至所需为止，来简单地将流体剪切力产生的过量热量释放。对润滑剂接触热沉的限制将使轴迅速达到工作温度，从而维持了工作效率。一旦达到预期的温度，自动调温器(温度敏感阀)能够使足够的流体流通，以便为不同负荷的循环维持最佳油温，这在下文中将要描述。那么，这样的设计将使得热量更快地聚集，达到预期的温度，然后用来释放多余的热量。尤其是在冷环境中期望如此，以使润滑剂回到初始的热度，提高差动齿轮装置的效率。

自动调温装置500(温度敏感阀)包括带有长孔505的后板503，长孔最好设置成浸在承载壳体内油平面以下。带有相应长孔502的前板501枢轴粘附于中心轴507上，这样前板501可以相对于后板503旋转，从而形成一个大小变化的孔(从全开到全闭)，孔的大小取决于油温。中心轴507固定于后板503上，前板501可旋转地安装在其上。回动簧504，所示的是盘绕布置的弹簧，提供了偏置的关闭力，这样该装置避免了与热交换部件的流体相通，直到达到预定的温度。在此设计中，所述孔在前板501中逆时针偏心设置，排除了所述两板中的孔对准的可能，这样就将热管从壳体容器中隔离出来。自动调温管509包括一个弯曲的管状外圆柱体(固定到后板上)、活塞511，弯曲的致动棒513(自由端固定到前板501上)浸没在轴流体中。恒温致动器用热活性蜡515(或者其它材料)固定到活塞的一侧，该蜡可以根据轴润滑剂的预期温度改变容积(可能是状态，例如从固体到液体)。当流体受热时，蜡515的容积变大，这使得活塞511在气缸内移动，从而使得前板501相对于后板503顺时针转动。这样的转动使得上述两长孔对准，于是热流体开始与热交换部件211a接触。随着流体温度升高，对准孔会变大，从而使得润滑剂不断流入后容器202中，在此实施例中，在冷态运行期间，可以将该后容器与车桥总成容器的其它部分隔离。

所述实施例以及对其进行的修改都认为是在本发明的主旨和范围之内，并通过后面的权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种用于机动车的车桥总成，所述车桥总成包括：

具有液体润滑剂供应的车桥壳；

可拆卸地固定到所述壳体上的盖子；以及

至少一个安装在所述盖子上的密封传热管，所述传热管包括热接收区、散热区和在它们之间流动的传热流体，其中所述流体在所述热接收区蒸发、在所述散发区冷凝，以促进所述润滑剂和外部环境之间的热交换；当将所述盖子固定到所述壳上时，其中所述热接收区至少部分地浸入在所述润滑剂中。

2.根据权利要求1所述的车桥总成，其中所述热管形成中空的环形管，该环形管构成连续的封闭回路，该回路包含所述传热流体。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述环形管包括至少两个细长部，第一细长部位于所述壳中并基本浸在所述润滑剂中，所述环形热管浇铸在所述盖子的支撑的后部中。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述热管的第二细长部基本嵌在所述盖子的所述支撑部中，所述支撑部上有直接暴露于所述外部环境中的与其一体形成的翅片。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述热管延伸穿过所述支撑部，并包括位于所述壳体外部并直接暴露于所述外部环境中的第二细长部。

6.根据权利要求5所述的装置，所述热管还包括附着在所述热管的所述第二细长部上的多个传热翅片。

7.根据权利要求2所述的装置，其中所述传热流体是钠基溶液。

8.一种用于机动车的车桥总成，所述车桥总成包括：

一车桥壳，该壳体内包括有利于一对从动输出齿轮之间的差动转动的齿轮，所述壳内包括液体润滑剂池；

一可拆卸地固定在所述壳上的盖子，以提供通向所述壳内所述齿轮的通道；以及

固定在所述盖子上的至少一个基本上密封的传热管，所述传热管相对于所述壳可以移动，所述传热管包括热接收区、散热区和工作流体，其中所述工作流体在所述热接收区蒸发、在所述散热区冷凝，以促进所述润滑剂和外部环境之间的热传导；当所述盖子固定到所述壳上时，所述热接收区至少部分地浸入所述润滑剂中。

9.根据权利要求8所述的装置，其中至少一个密封传热管包括一对热管，每个热管包括单独的热接收区和散热区，所述一对热管通过一套共同的散热翅片相互连接。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述一套共同的散热翅片包括靠近所述热接收区设置的、并基本浸入在所述润滑剂中的第一套。

11.根据权利要求9所述的装置，所述热管在所述壳外延伸直到所述外部环境中，所述热管还包括靠近位于所述外部环境中的所述散热区设置的第二套共同的散热翅片。

12.根据权利要求8所述的装置，其中所述盖子包括一体形成的容器，该容器与所述壳中的所述润滑剂池流体连通，所述热管的所述热接收区基本设置在所述容器中。

13.根据权利要求8所述的装置，其中所述工作流体是水基流体。

14.根据权利要求8所述的装置，其中所述热管还包括位于所述热管内部的芯部，以通过毛细作用促进工作流体从所述热接收区向所述散热区的传导。

15.根据权利要求14所述的装置，所述芯部由金属滤网构成。

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