JP2007120649A - アクスル装置および作業機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】磨耗部品の交換を簡易に行うことができ、補修コストを低減できるアクスル装置および作業機械を提供すること。
【解決手段】アクスル装置6であって、軸方向を中心にして回転するトルクシャフト7と、前記トルクシャフト7と回転中心を同じにして配置され、当該トルクシャフト7と一体に回転するサンギア911と、サンギア911と略同じ位置に中心軸を有し、サンギア911の外側に配置されるリングギア912と、サンギア911およびリングギア912と噛合して、サンギア911の外周に沿って回転するプラネットギア913と、トルクシャフト7の端面に対向して配置され、プラネットギア913またはリングギア912を介して回転する回転機構92とを備え、トルクシャフト7の端面と回転機構92との間には、トルクシャフト7と同じ回転速度で回転するシャフト側保護部材9111が設けられている。
【選択図】図2

Description

本発明は、アクスル装置および作業機械に関する。
従来、ホイールローダおよびダンプトラック等の建設機械を含む作業機械が知られている。このような作業機械は、搭載されたエンジン等から発生する駆動力でタイヤを回転させることにより、自走可能に構成されている。このような作業機械の車軸に用いられ、アクスル装置として機能する遊星変速装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載の遊星変速装置には、駆動シャフトの外周に位置する内側太陽歯車(サンギア)と、内側太陽歯車と同じ位置に中心軸を有する外側歯車環(リングギア)と、内側太陽歯車および外側歯車環と相互作用する遊星歯車(プラネットギア)とが設けられている。このうち、遊星歯車は、遊星キャリアによって回転自在に保持されており、当該遊星キャリアは車輪を固定するハブに接続されている。また、外側歯車環は、静的ハウジング内に保持されている。このような遊星変速装置では、駆動シャフトが回転して内側太陽歯車が回転すると、遊星歯車が自転しながら内側太陽歯車の外周に沿って公転する。この際、遊星歯車を支持する遊星キャリアおよびハブが回転し、当該ハブが車輪を回転させる。
このような特許文献1に記載の遊星変速装置において、ハブの駆動シャフトに対向する面には、別体としての板(プレート)が取り付けられている。これにより、駆動シャフトが軸方向に移動して当該板に駆動シャフトが摺動しても、ハブが損傷することを防ぐことができる。
また、同様に、出力軸と円筒ケースの蓋部との間にプレートを介装し、出力軸が摺動しても蓋部が損傷することを防ぐことのできる減速機付油圧駆動装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。なお、このプレートは、プラネットギアを保持するキャリアに設けられている。
特表2001−500823号公報 特開平4−140538号公報
しかしながら、特許文献1に記載の遊星変速装置では、駆動シャフトがハブに取り付けられたプレートに直接当接する。この際、駆動シャフトの回転とハブの回転との間に回転差が生じているため、駆動シャフトの端部がプレートに対して摺動して、当該駆動シャフトの端部が磨耗するという問題がある。このような場合、駆動シャフトを交換する必要があるが、作業機械が大型であると駆動シャフトも大型であるので、交換作業が煩雑となるとともに、大型な駆動シャフトの部品代を含めた補修コストが増大するという問題がある。
また、特許文献2に記載の油圧駆動装置では、出力軸と円筒ケースの蓋部との間に介装されるプレートはプラネットギアを保持するキャリアに設けられており、出力軸の回転とプレートの回転との間に回転差が生じる。このため、前述の特許文献1に記載の遊星変速装置と同様に、出力軸がプレートに対して摺動して磨耗する可能性があり、面倒な交換作業を行う必要があるとともに、補修コストが増大するという問題がある。
本発明の目的は、磨耗部品の交換を簡易に行うことができ、補修コストを低減できるアクスル装置、および、当該アクスル装置を備えた作業機械を提供することにある。
前記した目的を達成するために、本発明の請求項1に係るアクスル装置は、アクスル装置であって、軸方向を中心にして回転するトルクシャフトと、前記トルクシャフトと回転中心を同じにして配置され、当該トルクシャフトと一体に回転するサンギアと、前記サンギアと略同じ位置に中心軸を有し、前記サンギアの外側に配置されるリングギアと、前記サンギアおよび前記リングギアと噛合して、前記サンギアの外周に沿って回転するプラネットギアと、前記トルクシャフトの端面に対向して配置され、前記プラネットギアまたは前記リングギアを介して回転する回転機構とを備え、前記トルクシャフトの端面と前記回転機構との間には、前記トルクシャフトと同じ回転速度で回転するシャフト側保護部材が設けられていることを特徴とする。
本発明の請求項2に係るアクスル装置は、前述の請求項1に記載のアクスル装置において、前記シャフト側保護部材は、前記トルクシャフトの端面を覆い、前記回転機構との対向する面の面積が、前記端面の面積よりも大きい板状に形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項3に係るアクスル装置は、前述の請求項1または請求項2に記載のアクスル装置において、前記回転機構の前記シャフト側保護部材に対向する面には、当該回転機構に対して着脱自在な回転機構側保護部材が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の請求項4に係る作業機械は、前述の請求項1から請求項3のいずれかに記載のアクスル装置を備えていることを特徴とする。
本発明の請求項1に係るアクスル装置によれば、トルクシャフトと回転機構との間に設けられたシャフト側保護部材は、当該トルクシャフトと同じ速度で回転する。これによれば、トルクシャフトとシャフト側保護部材との間に回転差が生じないので、トルクシャフトがシャフト側保護部材に当接した場合でも、当該トルクシャフトの磨耗を抑えることができる。また、トルクシャフトが回転機構に近接する側に移動して、当該回転機構にシャフト側保護部材が当接すると、当該シャフト側保護部材と回転機構との間の回転差によってシャフト側保護部材が摺動して磨耗する場合があるが、このような場合には、磨耗したシャフト側保護部材を交換すればよい。従って、大型なトルクシャフトを交換する必要がなくなるので、補修作業を容易に行うことができ、また、補修コストを削減できる。
さらに、トルクシャフトとシャフト側保護部材とが別体であるので、シャフト側保護部材の材料選択性や加工の自由度を向上できる。従って、シャフト側保護部材の強度および面粗さを調整することができ、シャフト側保護部材の磨耗を一層抑制できる。
本発明の請求項2に係るアクスル装置によれば、トルクシャフトの端面全面を保護できるとともに、シャフト側保護部材の回転機構に対する摺動面積を大きくすることができる。これによれば、シャフト側保護部材の回転機構に対する面圧を低減でき、シャフト側保護部材の磨耗を抑制できる。
本発明の請求項3に係るアクスル装置によれば、シャフト側保護部材が回転機構に近接する方向に移動した際に、当該シャフト側保護部材は回転機構側保護部材に当接することとなるので、回転機構の磨耗を防ぐことができる。また、回転機構側保護部材が磨耗した場合は、当該回転機構側保護部材を交換すればよく、回転機構の交換をしなくて済ませることができる。従って、補修作業を一層簡略化でき、補修コストを一層削減できる。
本発明の請求項4に係る作業機械によれば、前述のアクスル装置と同様の効果を奏するほか、作業機械のメンテナンスを容易にできる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
(1)ホイールローダ1の概略構成
図1は、本実施形態に係るホイールローダ1を示す側面図である。
ホイールローダ1は、掘削して得た土砂等をトラック等に運搬および積込する作業機械である。このホイールローダ1は、図1に示すように、前部ユニット21および後部ユニット22を有する車体本体2を備えている。
このうち、前部ユニット21は、後部ユニット22に対して水平方向に回動可能に接続されている。この前部ユニット21には、土砂等を掘削するとともに、当該土砂等を運搬および積込する容器状のバケット4と、バケット4を移動させるリンク機構5とが設けられている。
また、後部ユニット22の前方側部分で、車体本体2の略中央には、内部に運転席を有するキャブ221が設けられている。
これら前部ユニット21および後部ユニット22には、それぞれ左右に2つずつタイヤ31,32が設けられており、それぞれのタイヤ31,32は、当該後部ユニット22内部に搭載された図示しないエンジンから駆動力を得て、車体本体2を自走可能に構成している。なお、これらタイヤ31,32のホイール932は、後述するアクスル装置6によって回転される。
(2)アクスル装置6の構成
図2は、ホイールローダ1に設けられたアクスル装置6を示す断面図である。図3は、図2の部分拡大図である。
アクスル装置6は、タイヤ31,32毎に設けられ、図示しないアクスルハウジング内部に設けられたデファレンシャルギアを介してエンジンの駆動力をタイヤ31,32に伝達する。
このアクスル装置6は、図2および図3に示すように、トルクシャフト7と、ハウジング8と、当該ハウジング8に取り付けられる回転減速機構9とを備えて構成されている。
このうち、トルクシャフト7は、一端(図2および図3中矢印A1側の端部)がデファレンシャルギアに接続された棒状部材で形成され、後述するハウジング8のハウジング本体81を挿通し、他端(図2および図3中矢印A2側の端部)がハウジング本体81から露出している。
(2-1)ハウジング8の構成
ハウジング8は、回転減速機構9を回転自在に保持するものである。このハウジング8は、ハウジング本体81、プレート82、リングギアハブ83、2つのローラーベアリング84,85および油圧ピストン86を備えて構成されている。
ハウジング本体81は、車体本体2のアクスルハウジング端部に固定される。このハウジング本体81には、トルクシャフト7が貫通する孔811が形成されている。また、詳しい図示を省略したが、ハウジング本体81において、デファレンシャルギアが配置される側(矢印A1側)の端部には、後述する回転減速機構9のホイールハブ93に設けられたブレーキディスク931を把持して、当該ホイールハブ93の回転を止めるディスクブレーキ装置の油圧ピストン86が設けられている。
プレート82は、ハウジング本体81において、デファレンシャルギアが配置される側とは反対側(矢印A2側)の端部に取り付けられている。このプレート82の略中央には、トルクシャフト7が挿通され、当該トルクシャフト7の位置決めを行う孔821が形成されている。
リングギアハブ83は、後述する回転減速機構9の第1リングギア912および第2リングギア922を保持するものである。このリングギアハブ83は、第1リングギア912および第2リングギア922の回転を許容しない。
ローラーベアリング84,85は、ハウジング8の外周に固定されており、後述するホイールハブ93のハウジング8の外周に沿った回転を円滑にする。
(2-2)回転減速機構9の構成
回転減速機構9は、トルクシャフト7の回転を、タイヤ31,32のホイール932に伝達する。この回転減速機構9は、第1回転減速機構91、第2回転減速機構92およびホイールハブ93を備えて構成されている。
第1回転減速機構91は、トルクシャフト7の回転を減速して第2回転減速機構92に伝達する。この第1回転減速機構91は、第1サンギア911、第1リングギア912、第1プラネットギア913および第1キャリア914を備えて構成されている。
第1サンギア911は、本発明のサンギアに相当し、トルクシャフト7のハウジング本体81から露出した端部にスプライン結合されている。これにより、トルクシャフト7と第1サンギア911とは一体となって回転する。
この第1サンギア911には、トルクシャフト7の先端側(図2および図3中矢印A2側)の端面を覆い、本発明のシャフト側保護部材としてのスラストプレート9111が、交換可能に固定されている。このため、スラストプレート9111は、トルクシャフト7および第1サンギア911と一体に回転する。
ここで、トルクシャフト7は、軸方向の固定はされていないため、当該トルクシャフト7が軸方向(具体的には矢印A2方向)に移動することが考えられる。これに対し、トルクシャフト7の端面を覆うように、第1サンギア911にスラストプレート9111が設けられているため、当該スラストプレート9111がトルクシャフト7のA2方向の移動を規制する。
なお、本実施形態では、スラストプレート9111は、図示したように、第1サンギア911にピンによって固定されているが、ねじによって固定されるようにしてもよい。
第1リングギア912は、本発明のリングギアに相当し、内歯が形成された環状のギアであり、トルクシャフト7と回転中心を同じにして配置される。この第1リングギア912は、前述のリングギアハブ83に固定される。
第1プラネットギア913は、本発明のプラネットギアに相当し、第1サンギア911の外側で、かつ、第1リングギア912の内側に配置され、第1サンギア911および第1リングギア912のそれぞれと噛合する。この第1プラネットギア913は、第1リングギア912がリングギアハブ83に固定されているので、トルクシャフト7および第1サンギア911の回転により自転しながら、第1サンギア911の外周に沿って公転する。
第1キャリア914は、第1プラネットギア913を保持し、当該第1プラネットギア913の公転に伴って、トルクシャフト7と回転中心を同じにして回転する。この第1キャリア914には、第1プラネットギア913を支持する軸部材9141と、当該軸部材9141の外周に設けられ、第1プラネットギア913の軸部材9141を中心とする自転を円滑にするローラーベアリング9142とが設けられている。また、第1キャリア914は、ハウジング本体81とは反対側に延出して、第2回転減速機構92の第2サンギア921にスプライン結合されている。
第2回転減速機構92は、本発明の回転機構に相当し、第1回転減速機構91から伝達された回転を減速して、後述するホイールハブ93に伝達する。この第2回転減速機構92は、第2サンギア921、第2リングギア922、第2プラネットギア923、第2キャリア924およびカバー925を備えて構成されている。
第2サンギア921は、トルクシャフト7の回転中心の延長線上に中心が位置するように配置され、前述のように、第1回転減速機構91の第1キャリア914とスプライン結合された円筒状のギアである。このため、トルクシャフト7の回転により第1キャリア914が回転すると、第2サンギア921は、第1キャリア914と一体となって回転する。なお、この第2サンギア921には、軸方向に沿って当該第2サンギア921を貫通する貫通孔9211が形成されており、当該貫通孔9211内部には、後述するカバー925の台座部9251が配置される。
第2リングギア922は、前述の第1リングギア912と同様に、リングギアハブ83に固定され、内歯が形成された環状のギアである。この第2リングギア922は、トルクシャフト7の回転中心の延長線上に中心が位置するように矢印A2側に配置され、第2サンギア921の外側に配置される。
第2プラネットギア923は、第2サンギア921の外周に沿うとともに、第2リングギア922の内側に配置される。この第2プラネットギア923は、第2サンギア921および第2リングギア922に噛合して、第2サンギア921の回転に伴って自転しつつ、当該第2サンギア921の外周に沿って公転する。
第2キャリア924は、回転減速機構9の第1回転減速機構91および第2回転減速機構92を覆うように配置され、矢印A1側の端部でホイールハブ93に接続されている。この第2キャリア924には、第2プラネットギア923の略中央に形成された孔に挿通され、当該第2プラネットギア923を回転自在に支持する軸部材9241と、軸部材9241および第2プラネットギア923の間に配置され、当該第2プラネットギア923の自転を円滑にするローラーベアリング9242とが設けられている。このため、第2キャリア924は、第2プラネットギア923の公転に伴って、トルクシャフト7の回転中心の延長線上を中心として回転する。
また、第2キャリア924には、第2プラネットギア923が公転する範囲を覆うようにカバー925が取り付けられている。このカバー925の内面(矢印A1側の面)のスラストプレート9111に対向する位置には、台座部9251が固定されている。
さらに、台座部9251の矢印A1側の端部には、ワッシャ受け台座部9252がピンで固定されている。このワッシャ受け台座部9252のスラストプレート9111に対向する面には、本発明の回転機構側保護部材としてのスラスト受けワッシャ9253が交換可能に取り付けられている。
なお、本実施形態では、カバー925と、台座部9251およびワッシャ受け台座部9252とは別部材として構成したが、台座部9251およびワッシャ受け台座部9252をカバー925に一体的に設けてもよい。
ホイールハブ93は、前述のハウジング8の外周に、ローラーベアリング84,85を介して回転自在に設けられている。このホイールハブ93および第2キャリア924の外側には、ホイール932が固定されている。このため、ホイールハブ93が第2回転減速機構92の第2キャリア924により回転すると、当該ホイールハブ93と一体にホイール932が回転する。
このホイールハブ93の矢印A1側の端部には、ブレーキディスク931が取り付けられている。このブレーキディスク931が、ハウジング8に設けられた油圧ピストン86によって把持されることで、ホイールハブ93、ひいては、ホイール932の回転が止められる。
(3)アクスル装置6の動作
ここで、トルクシャフト7の回転に伴うホイール932の回転について説明する。
トルクシャフト7が回転すると、当該トルクシャフト7の外周に設けられた第1サンギア911が回転する。この第1サンギア911の回転は、当該第1サンギア911に噛合する第1プラネットギア913に伝達される。ここで、第1プラネットギア913に噛合する第1リングギア912は、リングギアハブ83に固定されているので、第1プラネットギア913は、第1サンギア911の外周に沿って自転しながら公転する。
第1プラネットギア913が公転すると、当該第1プラネットギア913を保持する第1キャリア914が、トルクシャフト7の回転中心の延長線を中心として回転する。この際、第1キャリア914は、第2サンギア921に噛合しているので、第1キャリア914の回転により、第2サンギア921が回転する。
この第2サンギア921の回転は、第2サンギア921に噛合する第2プラネットギア923に伝達される。第2プラネットギア923が噛合する第2リングギア922は、リングギアハブ83に固定されているので、第2プラネットギア923は、第2サンギア921の外周に沿って自転しつつ公転する。
第2プラネットギア923の公転に伴って、第2プラネットギア923を支持する第2キャリア924が回転する。この第2キャリア924は、矢印A1側の端部でホイールハブ93に接続されているので、第2キャリア924の回転に伴ってホイールハブ93は回転し、当該ホイールハブ93に固定されたホイール932が回転する。
このようなアクスル装置6によれば、第2キャリア924に対向するトルクシャフト7の先端面を保護できるので、第2キャリア924に対してトルクシャフト7が当接して、直接すれ合うことを防止できる。従って、トルクシャフト7の磨耗を防ぐことができる。
また、スラストプレート9111がトルクシャフト7および第1サンギア911とは別部材で構成されているので、当該スラストプレート9111の材料および形状等の選択自由度を向上できる。この際、スラストプレート9111を強度の高い材料で形成することで、当該スラストプレート9111の磨耗を抑制できる。また、スラストプレート9111のスラスト受けワッシャ9253に対向する面の面粗さを小さくすることにより、スラストプレート9111がスラスト受けワッシャ9253に当接して摺動した際の当該スラストプレート9111の抵抗を下げることができる。従って、スラストプレート9111の材料の選択および面粗さの調整により、スラストプレート9111自体の磨耗も抑制することができる。
さらに、スラストプレート9111は、トルクシャフト7の端面を覆うように設けられているので、トルクシャフト7の先端面全面を保護することができる。
ここで、スラストプレート9111のスラスト受けワッシャ9253に対向する面の面積は、トルクシャフト7の先端面の面積よりも大きくなるように形成されている。これによれば、第2キャリア924に対するスラストプレート9111の面圧を低減できる。従って、スラストプレート9111の磨耗を一層抑制できる。
加えて、スラストプレート9111が第1サンギア911に交換可能に固定されているので、スラストプレート9111の取付を容易に行うことができる。
トルクシャフト7が第2キャリア924に近接する方向に移動した際には、スラストプレート9111は、スラスト受けワッシャ9253に対して摺動する。このスラスト受けワッシャ9253は、ワッシャ受け台座部9252に交換可能に取り付けられているので、スラスト受けワッシャ9253が磨耗した場合には、当該スラスト受けワッシャ9253を交換すればよい。従って、磨耗した際に交換可能なスラストプレート9111およびスラスト受けワッシャ9253を設けたことにより、トルクシャフト7および第2キャリア924全体を交換する必要がなくなるので、アクスル装置6の補修作業を簡略化できるほか、補修コストを低減できる。
(4)実施形態の変形
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、アクスル装置として、第1回転減速機構91および第2回転減速機構92を備えるアクスル装置6を挙げたが、本発明はこれに限らない。すなわち、アクスル装置は、第1回転減速機構91の第1キャリア914がホイールハブ93に接続され、第1キャリア914の回転によりホイールハブ93が回転する構成としてもよい。このような場合、第1キャリア914に、カバー925の台座部9251に相当する台座部を設け、当該台座部にスラストプレート9111が摺動するスラスト受けワッシャ9253を設ければよい。
前記実施形態では、ホイールハブ93およびホイール932は、第2プラネットギア923を支持し、当該第2プラネットギア923の公転によって回転する第2キャリア924に接続されるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、第2リングギア922が第2プラネットギア923の回転に伴って回転し、当該第2リングギア922に第2キャリア924が接続し、第2リングギア922の回転により、第2キャリア924、ホイールハブ93およびホイール932が回転するように構成してもよい。
前記実施形態では、第1回転減速機構91および第2回転減速機構92は、それぞれ1つの第1プラネットギア913および第2プラネットギア923を備える構成としたが、それぞれの回転減速機構が有するプラネットギアの数は適宜設定してよい。すなわち、第1キャリア914および第2キャリア924は、第1回転減速機構91および第2回転減速機構92に設けられた各プラネットギアを保持するように構成してあればよい。
前記実施形態では、スラストプレート9111は、第1サンギア911に固定されているとしたが、本発明はこれに限らず、トルクシャフト7に固定されていてもよい。
また、前記実施形態では、スラストプレート9111は、トルクシャフト7の端面を覆う板状体として構成されているが、本発明はこれに限らない。すなわち、トルクシャフト7が、第2キャリア924および当該第2キャリア924と一体となって回転する部材に対して直接当接しないように、スラストプレート9111が、トルクシャフト7と第2キャリア924との間に介装されていればよい。
前記実施形態では、アクスル装置6を備える作業機械として、ホイールローダ1を挙げたが、本発明はこれに限らず、ダンプトラック等に採用してもよい。すなわち、車軸を有する作業機械であれば、本発明を採用することができる。
本発明は、ホイールローダおよびダンプトラック等の建設機械を含む作業機械、特に、車輪を回転させるアクスル装置を備える作業機械に好適に利用することができる。
本発明の一実施形態に係るホイールローダを示す側面図。 前記実施形態のアクスル装置を示す断面図。 前記実施形態のアクスル装置の一部を拡大して示す断面図。
符号の説明
1…ホイールローダ(作業機械)、6…アクスル装置、7…トルクシャフト、92…第2回転減速機構(回転機構)、911…第1サンギア(サンギア)、912…第1リングギア(リングギア)、913…第1プラネットギア(プラネットギア)、9111…スラストプレート(シャフト側保護部材)、9253…スラスト受けワッシャ(回転機構側保護部材)。

Claims (4)

  1. アクスル装置であって、
    軸方向を中心にして回転するトルクシャフトと、
    前記トルクシャフトと回転中心を同じにして配置され、当該トルクシャフトと一体に回転するサンギアと、
    前記サンギアと略同じ位置に中心軸を有し、前記サンギアの外側に配置されるリングギアと、
    前記サンギアおよび前記リングギアと噛合して、前記サンギアの外周に沿って回転するプラネットギアと、
    前記トルクシャフトの端面に対向して配置され、前記プラネットギアまたは前記リングギアを介して回転する回転機構とを備え、
    前記トルクシャフトの端面と前記回転機構との間には、前記トルクシャフトと同じ回転速度で回転するシャフト側保護部材が設けられている
    ことを特徴とするアクスル装置。
  2. 請求項1に記載のアクスル装置において、
    前記シャフト側保護部材は、前記トルクシャフトの端面を覆い、前記回転機構との対向する面の面積が、前記端面の面積よりも大きい板状に形成されている
    ことを特徴とするアクスル装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載のアクスル装置において、
    前記回転機構の前記シャフト側保護部材に対向する面には、当該回転機構に対して着脱自在な回転機構側保護部材が設けられている
    ことを特徴とするアクスル装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のアクスル装置を備えている
    ことを特徴とする作業機械。
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