JP5986201B2 - ホイール式建設機械 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばアクスル装置を介して左,右の車輪を回転駆動するホイールローダ等のホイール式建設機械に関する。
一般に、ホイール式建設機械の代表例としては、例えばホイールローダ等が知られている。このホイールローダは、後部車体の前側に前部車体が左,右方向に揺動可能に連結され、前部車体には、アーム、バケットを含んだ作業装置が取付けられている。一方、後部車体には、エンジン、トルクコンバータ、トランスミッション、油圧ポンプが搭載され、該エンジンの動力がトルクコンバータを介してトランスミッションに伝達されるようになっている。
さらに、前,後の車体には、トランスミッションの出力軸にプロペラシャフトを介して接続されることにより、左,右の車輪を回転駆動するアクスル装置が設けられている。このアクスル装置は、左,右方向の中間部に配置されたデファレンシャルケースと該デファレンシャルケースから左,右方向の外側に向けて延びた左,右のアクスルチューブとにより形成されるケーシングと、前記デファレンシャルケース内に位置して前記デファレンシャルケースの前,後方向の一側に前,後方向の軸線を回転中心として回転可能に取付けられ前記プロペラシャフトに連結されたピニオンギヤと、前記デファレンシャルケース内に位置して左,右方向の軸線を回転中心として該ピニオンギヤに噛合するリングギヤを有し該ピニオンギヤから該リングギヤに伝わる回転力を左,右方向に配置された回転軸を介して前記左,右の車輪に分配するデファレンシャル機構と、前記各アクスルチューブ内を左,右方向に延び、前記左,右の車輪に前記デファレンシャル機構による回転を伝える左,右のアクスルシャフトと、前記デファレンシャルケース内にその底部から上,下方向の中間部位までに貯えられる潤滑油とにより構成されている。
ケーシング内の潤滑油は、ピニオンギヤとリングギヤの回転によって撹拌されて流れを生じる。このように潤滑油は、ケーシング内で流通することにより、回転部位、摺動部位を潤滑、冷却することができる。しかし、ピニオンギヤとリングギヤによる潤滑油の撹拌が強過ぎると、ケーシング内での潤滑油の流れが不均等になり、潤滑油が多く供給される部位と潤滑油が少ししか供給されない部位とができてしまう。これにより、潤滑油が少ししか供給されない部位では、潤滑不足によって過度の温度上昇が生じる虞がある。
そこで、アクスル装置には、ピニオンギヤとリングギヤが潤滑油を強く撹拌しないように、ピニオンギヤとリングギヤの下半分を覆うように歯車カバーを設けたものがある。この歯車カバーは、潤滑油の撹拌を適度に抑えることができる(特許文献1)。
特開2008−240822号公報
ところで、上述した特許文献1の発明では、ピニオンギヤとリングギヤの下半分を覆うように歯車カバーを設ける構成としているから、デファレンシャルケースとリングギヤとの間に歯車カバーを設けるためのスペースを確保しなくてはならない。これにより、デファレンシャルケースが大型化する上に、組立作業時に組付ける部品点数が増大し、組立作業性が低下するという問題がある。
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、別途部品を設けることなく、ケーシング内の全体で潤滑油を均等に流通させることにより耐久性、組立作業性を向上できるようにしたホイール式建設機械を提供することにある。
発明によるホイール式建設機械は、駆動源を備えた車体と、該車体に設けられ前,後方向に延びたプロペラシャフトを介して前記駆動源に接続されることにより左,右方向の両側の車輪を回転駆動するアクスル装置とからなり、前記アクスル装置は、左,右方向の中間部に配置されたデファレンシャルケースと該デファレンシャルケースから左,右方向の両側に向けて延びた左,右のアクスルチューブとにより形成されるケーシングと、該ケーシングの前記デファレンシャルケース内に位置して前記デファレンシャルケースの前,後方向の一側に前,後方向の軸線を回転中心として回転可能に取付けられ前記プロペラシャフトに連結されたピニオンギヤと、前記デファレンシャルケース内に位置して左,右方向の軸線を回転中心として該ピニオンギヤに噛合するリングギヤを有し該ピニオンギヤから該リングギヤに伝わる回転力を左,右方向に配置された回転軸を介して前記左,右の車輪に分配するデファレンシャル機構と、前記各アクスルチューブ内を左,右方向に延び、前記左,右の車輪に前記デファレンシャル機構による回転を伝える左,右のアクスルシャフトと、前記デファレンシャルケース内にその底部から上,下方向の中間部位までに貯えられる潤滑油とを備えている。
上述した課題を解決するために、請求項1の発明が採用する構成の特徴は、前記デファレンシャルケースには、前記デファレンシャル機構を支持すると共に、前記デファレンシャル機構と前記左,右のアクスルチューブとの間を隔てる左,右の隔壁を設け、該各隔壁には、前記ケーシング内で前記潤滑油を循環流通させるために、前記リングギヤの外周縁と対面する位置の近傍に複数の油流通口をそれぞれ設け、前記各隔壁の平面上で前記各回転軸の軸線よりも下側に位置すると共に、前記デファレンシャル機構の回転中心を通って上,下方向に延びる軸線よりも前記ピニオンギヤ側に位置し、該ピニオンギヤの下側位置で、かつ、該ピニオンギヤと前記底部との間に設定された角度90度よりも小さな扇状領域をαとし、該扇状領域αが前記前,後方向の軸線から下側に離間した角度をβとし、前記扇状領域αが前記上,下方向に延びる軸線から前記ピニオンギヤ側に離間した角度をγとすると、前記各油流通口は、前記各隔壁に対し前記扇状領域αから外れた範囲に配置する構成とし、かつ、20°≦α<90°、35°≧β>0°、35°≧γ>0°に設定したことにある。
この構成によれば、デファレンシャル機構を駆動した場合には、ピニオンギヤとリングギヤとの噛合部位で潤滑油が強く撹拌されるから、この各回転軸の軸線よりも下側で、かつデファレンシャル機構の回転中心を通って上,下方向に延びる軸線よりもピニオンギヤ側に位置し、該ピニオンギヤの下側位置で、かつ、該ピニオンギヤとデファレンシャルケースの底部との間に設定された扇状領域αでは、隔壁に向かう方向の潤滑油の流れが速くなってしまう。
然るに、本発明では、左,右の隔壁には、潤滑油の流れが速くなる扇状領域αから外れた範囲に油流通口を配置する構成としているから、潤滑油の流れが速くなる部位で潤滑油の流通を抑制することができる。この結果、別途カバーを設けることなく、油流通口の配設位置を限定するという単純な構成で、ケーシング内で潤滑油を均等に流通させることができる。これにより、デファレンシャルケースは、リングギヤに対して最小限の隙間をもって形成することができるから、このデファレンシャルケースを小型化、軽量化することができる。しかも、アクスル装置の回転部位、摺動部位には、潤滑油を安定的に供給することができ、耐久性、組立作業性を向上することができる。
しかも、扇状領域αは、角度90度よりも狭く、角度20度以上の領域としているため、扇状領域αでは、潤滑油の流通を遮断することができ、扇状領域αから外れた他の領域に配置した各油流通口では、潤滑油を流通させることができる。従って、潤滑油の流れが緩やかに安定した他の領域では、潤滑油を過不足なく適度に流通させることができる。
請求項2の発明、前記デファレンシャルケースの前記各隔壁よりも左,右方向の外側位置には、前記回転軸に取付けられた板体からなる複数枚の回転ディスクと、該各回転ディスクの外径側に位置して前記ケーシングに取付けられ該回転ディスクに対面する円環状の非回転ディスクと、該非回転ディスクを前記回転ディスクに押付けて制動力を発生するピストンとからなるブレーキ機構を設け、前記各油流通口は、前記回転ディスクの外周縁および前記非回転ディスクの外周縁と対面する位置の近傍に設ける構成としたことにある。
この構成によれば、各油流通口は、潤滑油の流れが速くなる位置を避けて設けているから、潤滑油が回転ディスクと非回転ディスクの外周縁の近傍を流れても、回転ディスクと非回転ディスクとの間の引き摺りを抑制することができる。
請求項の発明は、前記扇状領域αは、デファレンシャル機構の回転中心から見た各隔壁の平面上で第3象限に位置している。これにより、各隔壁の第3象限に配置された扇状領域αから外れた他の領域で、各油流通口を通じて潤滑油を流通させることができる。
請求項の発明は、前記各油流通口は、少なくとも前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛合する位置と前記デファレンシャルケースの底部の位置とにそれぞれ設ける構成としたことにある。
この構成によれば、ピニオンギヤとリングギヤとが噛合する位置は、上,下方向の中間部位、即ち、潤滑油の液面位置であるから、この位置に設けた油流通口は、潤滑油の液面よりも下側の一部だけで潤滑油を流通させる。一方、デファレンシャルケースの底部の位置は、ピニオンギヤとリングギヤとの噛合位置から離れた位置であるから、この位置に設けた油流通口は、潤滑油を緩やかに安定的に流通させる。これにより、扇状領域αから外れた範囲に油流通口を積極的に配置することができ、多くの潤滑油を流通させることができる。
本発明の第1の実施の形態に係るホイールローダを示す正面図である。 図1中のフロントアクスル装置を前方から拡大して示す外観斜視図である。 アクスル装置の内部構造を示す断面図である。 フロントアクスル装置を図3中の矢示IV−IV方向からみた要部拡大の断面図である。 フロントアクスル装置の内部構造を図4中の矢示V−V方向からみた断面図である。 フロントアクスル装置の内部構造を図4中の矢示VI−VI方向からみた断面図である。 デファレンシャルケースの左隔壁と油流通口を図4中の矢示VII−VII方向からみた断面図である。 デファレンシャルケースの右隔壁と油流通口を図4中の矢示VIII−VIII方向からみた断面図である。 デファレンシャルケースをデファレンシャル機構を省略した状態で示す図6と同様位置の断面図である。 扇状領域の最適な範囲を示す図9と同様位置から見た断面図である。 本発明の第2の実施の形態によるフロントアクスル装置の内部構造を図5と同様位置から見た断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係るホイール式建設機械の代表例として、ホイールローダを例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
図1ないし図10は本発明の第1の実施の形態を示している。図1において、1はホイール式建設機械としてのホイールローダである。このホイールローダ1は、後部車体2と、該後部車体2の前側に左,右方向に揺動可能に連結された前部車体3と、前記後部車体2、前部車体3の左,右方向の両側に設けられた後輪4、前輪5(左側のみ図示)と、前記前部車体3の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置6と、後述のアクスル装置11,12とにより構成されている。
ここで、後部車体2には、駆動源となるエンジン7、トルクコンバータ8、トランスミッション9、図示しない油圧ポンプが搭載されている。トランスミッション9は、前,後方向に延びたプロペラシャフト9Aを介してリヤアクスル装置11に接続され、プロペラシャフト9Bを介してフロントアクスル装置12に接続されている。後部車体2の上側には、オペレータが搭乗するキャブ10が設けられている。
11は後部車体2の下側に位置して設けられたリヤアクスル装置である。このリヤアクスル装置11は、左,右方向に延びて形成され、その左,右の端部に後輪4がそれぞれ取付けられている。
一方、12は前部車体3の下側に位置して設けられたフロントアクスル装置である。このフロントアクスル装置12は、リヤアクスル装置11と同様に、左,右方向に延びて形成され、その左,右の端部に前輪5がそれぞれ取付けられている。
ここで、リヤアクスル装置11とフロントアクスル装置12とは、ほぼ同様に構成されている。このため、本実施の形態では、フロントアクスル装置12の構成について詳細に説明し、リヤアクスル装置11の構成の説明は省略するものとする。
フロントアクスル装置12は、プロペラシャフト9Bに接続されることにより左,右の前輪5を回転駆動するものである。フロントアクスル装置12は、図2、図3に示すように、後述のケーシング13、入力軸18、ピニオンギヤ20、デファレンシャル機構21、遊星歯車減速機構27、アクスルシャフト32、ブレーキ機構33、油流通口39を含んで構成されている。
ケーシング13は、フロントアクスル装置12の外形をなすもので、このケーシング13は、図3に示すように、左,右方向の軸線X−Xに沿って延びた筒状体として形成されている。ケーシング13は、左,右方向の中間部に位置し、デファレンシャル機構21、ブレーキ機構33を収容するデファレンシャルケース14(以下、デフケース14という)と、該デフケース14の左,右両側に取付けられ、内部に遊星歯車減速機構27、アクスルシャフト32が配置された左,右のアクスルチューブ17とにより構成されている。さらに、デフケース14は、図4、図6に示すように、後述の本体ケース15と蓋体16とにより構成されている。
本体ケース15は、デフケース14の本体部分を構成するもので、該本体ケース15は、左,右方向の軸線X−Xを中心線とする円筒状の中空体として形成されている。具体的には、本体ケース15は、図4〜図6、図9に示すように、角枠状の上面部15Aと、該上面部15Aの前端から下向きに延びた前面部15Bと、該前面部15Bと対面するように前記上面部15Aの後端から下向きに延びた一側の面となる後面部15Cと、前記前面部15Bの下部と後面部15Cの下部とを接続する円弧状の底面部15Dと、前記上面部15A、前面部15B、後面部15Cおよび底面部15Dの左,右の端部から外向きに延びた短尺な円筒状の接続筒部15Eとにより構成されている。この本体ケース15は、後述のリングギヤ26に対して最小限の隙間、具体的には、リングギヤ26の周囲に潤滑油38を適正に保持するために必要な最小限の隙間をもって形成しているから、全体を小型化することができる。
後面部15Cには、トランスミッション9側(後側)に突出するように突出筒15Fが設けられている。この突出筒15F内には、後述の入力軸18が回転可能に支持されている。ここで、突出筒15Fは、例えば軸線X−Xと同じ高さ位置、即ち、後述するデファレンシャル機構21の回転中心Oから後側に向け略水平に延びた軸線Y−Yを中心軸として形成されている。図6に示すように、底面部15Dは、デファレンシャル機構21の回転中心Oの真下となる上,下方向の軸線Z−Z上の位置が最も低い(深い)底部15D1となり、該底部15D1には、ドレンプラグ15D2が着脱可能に取付けられている。
さらに、図4、図5に示すように、本体ケース15には、デファレンシャル機構21を挟んで、左,右の隔壁15Gがそれぞれ設けられている。この左,右の隔壁15Gは、デファレンシャル機構21を支持すると共に、該デファレンシャル機構21と左,右のアクスルチューブ17との間を隔てるものである。これらの隔壁15Gは、左,右の接続筒部15Eの内側に円環状の平板体として該接続筒部15Eと一体に形成されている。これにより、本体ケース15内は、各隔壁15Gを界にして、中央のギヤ室15Hと左,右両側のブレーキ室15Jとに仕切られている。
図7〜図9に示すように、左,右の隔壁15Gは、後述するリングギヤ26の外周縁26Aと対面する位置の近傍が略円環状の外径部位15G1となっている。この外径部位15G1には、デフケース14と左,右のアクスルチューブ17との間で潤滑油38を循環流通させるための後述の油流通口39が設けられている。一方、各隔壁15Gの内径側、即ち、中央部位は、後述するデファレンシャル機構21の回転軸25が挿通される軸挿通孔15G2となっている。この軸挿通孔15G2は、後述の軸受19を介してデファレンシャル機構21のギヤケース22およびリングギヤ26を回転可能に支持するものである。さらに、各隔壁15Gの外径部位15G1と軸挿通孔15G2との間には、潤滑油38や空気を流通させるための全周流通口40が設けられている。
蓋体16は、本体ケース15の上側を閉塞するもので、該蓋体16は、図2に示すように、略長方形状の板体として形成されている。この蓋体16は、その周囲が本体ケース15の上面部15Aに対して取付け、取外し可能にボルト止めされている。
左,右のアクスルチューブ17は、デフケース14の左,右両側に取付けられ、該各アクスルチューブ17は、デフケース14側となる基端側から前輪5側となる先端側に向け漸次細くなるように形成されている。図3に示すように、左,右のアクスルチューブ17は、内部に後述の遊星歯車減速機構27、アクスルシャフト32が配置されるもので、軸線X−Xに沿って左,右方向に延びる筒状体として形成されている。各アクスルチューブ17は、その基端側がデフケース14を構成する本体ケース15の左,右の接続筒部15Eにボルト止めされている。これにより、アクスルチューブ17の基端側の内部は、遊星歯車減速機構27を収容する減速機構室17Aとなっている。
入力軸18は、本体ケース15の突出筒15F内に各軸受19を介して回転可能に設けられている。この入力軸18は、外部に突出したフランジ部18Aがプロペラシャフト9Bに接続されている。本体ケース15のギヤ室15H内に配置された入力軸18の先端部は、後述のピニオンギヤ20となっている。
ピニオンギヤ20はデフケース14内に位置して入力軸18の先端に設けられ、該ピニオンギヤ20はベベルギヤにより形成されている。このピニオンギヤ20は、入力軸18を介して本体ケース15の突出筒15Fに回転可能に取付けられている。ここで、図9に示すように、後述するデファレンシャル機構21の回転中心Oを通る前,後方向の軸線をY−Yとし、この前,後方向の軸線Y−Yのうち、回転中心Oからピニオンギヤ20側(後側)に延びた直線をOAとすると、ピニオンギヤ20(入力軸18)は、この直線OAを回転中心として配置されている。
21は本体ケース15のギヤ室15H内に収容されたデファレンシャル機構である。このデファレンシャル機構21は、入力軸18、ピニオンギヤ20を介して伝わるトランスミッション9の出力軸の回転力を左,右の前輪5に分配するものである。図4、図5に示すように、デファレンシャル機構21は、本体ケース15の各隔壁15Gに軸受19を介して左,右方向の軸線X−Xを回転中心として回転可能に支持されたギヤケース22と、該ギヤケース22内に固定されたスパイダ22Aに回転可能に設けられた複数のデフ用ピニオンギヤ23と、該各ピニオンギヤ23と噛合する左,右のデフ用サイドギヤ24と、一端側が該各サイドギヤ24とスプライン結合され、他端側がアクスルシャフト32に向けて左,右方向に延びた左,右の回転軸25とにより構成されている。ここで、デファレンシャル機構21は、前,後方向の軸線Y−Yと左,右方向の軸線X−Xとが交差する点Oを回転中心として回転するものである。
さらに、ギヤケース22の外周側には、例えば図4中で左,右方向の左端部に位置して取付フランジ22Bが拡径して設けられている。この取付フランジ22Bには、デファレンシャル機構21の一部をなす後述のリングギヤ26が取付けられている。
リングギヤ26はデファレンシャル機構21の一部を構成するもので、該リングギヤ26はベベルギヤにより形成されている。このリングギヤ26は、ピニオンギヤ20に噛合することによりトランスミッション9と連結されている。図5に示すように、リングギヤ26は、本体ケース15のギヤ室15Hの左側寄りに配置され、ギヤケース22の取付フランジ22Bにボルト止めされている。この場合、リングギヤ26は、デファレンシャル機構21の回転中心Oから左側の隔壁15Gまでの距離寸法をL1とすると、この距離寸法L1の半分程度の距離寸法L2の位置に配置されている。さらに、リングギヤ26の外周縁26Aの外径寸法は、ギヤ室15Hの内径寸法よりも僅かに小さな寸法に設定されている。
このように構成されたデファレンシャル機構21は、トランスミッション9による回転力が入力軸18(ピニオンギヤ20)、リングギヤ26を介してギヤケース22に伝わると、各デフ用ピニオンギヤ23、デフ用サイドギヤ24を介して左,右の回転軸25を適宜に回転駆動するものである。
ピニオンギヤ20とリングギヤ26が回転駆動したときには、ギヤ室15H内に貯えられている後述の潤滑油38を撹拌する。しかも、ピニオンギヤ20とリングギヤ26との噛合によるポンプ作用を行う。この場合、リングギヤ26は、ギヤ室15Hの左側に配置され、その歯部は右側を向いているから、噛合によって送り出される潤滑油38は、図5中の矢示のように、左回り(反時計回り)に流通することになる。この潤滑油38の左回りの流れは、リングギヤ26の位置と歯部の向きに起因するものであり、潤滑油38は、車体の前進(正回転)、後進(逆回転)に拘わらず左回りに流れる。
ここで、ピニオンギヤ20とリングギヤ26が回転駆動すると、それぞれの歯部が潤滑油38を撹拌し、この潤滑油38に流れを生じさせる。特に、ピニオンギヤ20とリングギヤ26とが噛合する部分では、潤滑油38がピニオンギヤ20とリングギヤ26の2個の歯車で撹拌されるから、この部分で流れが速くなる。しかし、この部分には、後述の油流通口39を設けていないから、潤滑油38の流れが制限されており、潤滑油38の流速が速まるのを抑制することができる。
図3に示すように、遊星歯車減速機構27は、左,右のアクスルチューブ17の減速機構室17A内に設けられ、該各遊星歯車減速機構27は、回転軸25の回転を減速して後述のアクスルシャフト32に伝達するものである。各遊星歯車減速機構27は、回転軸25の他端側に一体形成されたサンギヤ28と、アクスルチューブ17の内周側に固着して設けられたリングギヤ29と、前記サンギヤ28とリングギヤ29とに噛合する複数のプラネットギヤ30(1個のみ図示)と、該各プラネットギヤ30を回転可能に支持するキャリア31とを含んで構成されている。
アクスルシャフト32は、左,右のアクスルチューブ17内に回転可能に設けられ、該各アクスルシャフト32は、基端側がキャリア31にスプライン結合されている。一方、各アクスルシャフト32の先端側は、アクスルチューブ17から突出し、その端部にはそれぞれ前輪5が取付けられている。
33はデフケース14の左,右のブレーキ室15J内に設けられたブレーキ機構を示している。この左,右のブレーキ機構33は、例えば湿式多板型のブレーキ機構として構成されている。ブレーキ機構33は、回転軸25の外周側にハブ34を介してスプライン結合され、左,右方向の軸線X−Xを中心とする円環状の板体からなる複数枚の回転ディスク35と、該回転ディスク35の外周側に位置して該回転ディスク35に対面すると共に本体ケース15に対して回転不能に取付けられた非回転ディスク36と、外部からの油圧力によって前記非回転ディスク36を回転ディスク35に押付けるピストン37と、該ピストン37を押動するためブレーキ液が供給される油室(図示せず)とにより構成されている。
このように構成された各ブレーキ機構33は、キャブ10内のブレーキペダル(図示せず)を足踏み操作し、油室に供給されたブレーキ液によってピストン37を移動させ、非回転ディスク36を回転ディスク35に押付ける。これにより、摩擦力で制動力を発生し、前輪5にブレーキをかけることができる。
ここで、ブレーキ機構33は、各隔壁15Gの外側に配置され、回転ディスク35と非回転ディスク36の外径寸法は、リングギヤ26とほぼ同様に、ブレーキ室15Jの内径寸法よりも僅かに小さな寸法に設定されている。これにより、回転ディスク35の外周縁35Aと非回転ディスク36の外周縁36Aと対面する位置の近傍に、後述の油流通口39が配置されている。
38はケーシング13内に貯留された潤滑油(図4、図6参照)で、この潤滑油38は、各ギヤ20,23,24,26,28,29、30、各スプライン結合部、軸受19の回転部位、摺動部位を潤滑、冷却するものである。潤滑油38の標準的な充填量は、ケーシング13を形成するデフケース14と各アクスルチューブ17の底部から上,下方向の中間部位までとなっている。即ち、潤滑油38は、デフケース14を構成する本体ケース15の底面部15Dに設けられた底部15D1から上,下方向の中間部位(軸線X−X、軸線Y−Y付近)までに貯えられている。これにより、潤滑油38は、例えばピニオンギヤ20とリングギヤ26が約半分まで浸かる軸線X−X付近が液面となるように充填されている。
ここで、ギヤ室15Hと各ブレーキ室15J、減速機構室17Aとの間を隔てる各隔壁15Gには、後述する油流通口39と全周流通口40とが設けられている。このために、潤滑油38は、ピニオンギヤ20とリングギヤ26によって撹拌されることにより、図5中の矢示のように左回りで流通し、ケーシング13内の全体に亘って均等に流れる。これにより、ケーシング13内で潤滑油38の供給量に差が生じたり、一部分の潤滑油38だけが温度上昇するのを防止している。
次に、ケーシング13内に貯えられた潤滑油38を、良好なヒートバランスとなるように、緩やかな流れで均等に流通させるための構成について説明する。
39はデフケース14を構成する本体ケース15の各隔壁15Gに設けられた油流通口を示している。図6、図7、図9に示すように、この油流通口39は、ケーシング13の内部で潤滑油38を循環流通させるために、各隔壁15Gのうちリングギヤ26の外周縁26Aと対面する位置の近傍、即ち、各隔壁15Gの外径部位15G1の近傍位置に設けられている。油流通口39は、隔壁15Gの外径部位15G1に、周方向に特徴的な間隔をもってそれぞれ複数個、例えば4個設けられている。
これらの油流通口39は、ギヤ室15Hとブレーキ室15Jとの間で潤滑油38を流通させることにより、ケーシング13内の全体に亘って潤滑油38を均等に流通させるものである。さらに、各油流通口39は、眉形状(円弧状)をした開口として形成されている。なお、油流通口39の個数、形状(大きさ)は、フロントアクスル装置12の仕様によって異なるもので、2個、3個または5個以上設ける構成としてもよく、その形状は、円形、四角形を含む他の形状とすることもできる。
ここで、左隔壁15Gに4個設けられた油流通口39の特徴的な配設位置について述べる。各油流通口39は、潤滑油38の液面が軸線X−X、Y−Y付近となっているから、この軸線X−X、Y−Y付近から下側に配置されている。
まず、図9、図10に示すように、油流通口39の配設位置を明確に説明するために、左隔壁15Gの外径部位15G1を複数の角度領域に区切る。ここで述べる角度は、本実施の形態に適用されたフロントアクスル装置12の仕様に沿った値を例示しているだけであり、仕様が異なる場合には設定される角度も異なることになる。
各隔壁15Gの平面上で各回転軸25の軸線X−Xよりも下側に位置すると共に、デファレンシャル機構21の回転中心Oを通って上,下方向に延びる軸線Z−Zよりもピニオンギヤ20が配置されている後側に位置する範囲を扇状領域をαとしている。一方、他の見方として、図10に示すように、隔壁15Gの平面上は、デファレンシャル機構21の回転中心O側からみて、上,下方向の軸線Z−Zと前,後方向の軸線Y−Yとによって4つの領域、即ち、第1象限(I)、第2象限(II)、第3象限(III)および第4象限(IV)に定義することができる。この場合、扇状領域αは、第3象限(III)に配置されている。
詳しく述べると、左隔壁15Gでは、リングギヤ26の回転中心Oからピニオンギヤ20の回転中心に向けて前,後方向Y−Yの後側に延びた前,後方向の直線をOAとし、リングギヤ26の回転中心Oからデファレンシャルケース14を構成する本体ケース15の底面部15Dの底部15D1に向けて上,下方向Z−Zの下側に延びた上,下方向の直線をOBとする。この場合、直線OAと直線OBとの間の角度AOBは、約90度となっている。
この上で、直線OAから下側(反時計回り)に離間した直線をOA′とし、直線OBから後側(時計回り)に離間した直線をOB′とする。これにより、ピニオンギヤ20の下側に位置して直線OAと直線OBから離間した中間の範囲、即ち、直線OA′と直線OB′とによって囲まれた範囲を扇状領域αとする。この扇状領域αは、直線OAから直線OA′が離間した角度をβとし、直線OBから直線OB′が離間した角度をγとすると、下記数1のように、角度90度よりも狭く、角度20度以上の領域に設定されている。
Figure 0005986201
本実施の形態の場合は、扇状領域αには油流通口39を設けない(扇状領域αから外れた範囲δに油流通口39を設ける)構成としている。この場合、扇状領域αについて、好ましい範囲は、下記数2のように設定することができる。この好ましい範囲では、扇状領域αの角度範囲が狭まるので、油流通口39を通じて潤滑油38を均一に流通させることと、潤滑油38の不足による温度上昇を抑制することとを、高次元で両立することができる。
Figure 0005986201
さらに、扇状領域αの最も好ましい範囲は、下記数3のように設定することができる。このときの扇状領域αは、図10に示す範囲となっている。この最も好ましい範囲では、油流通口39を設けない扇状領域αの範囲がさらに狭まるので、油流通口39を通じて潤滑油38を均一に流通させることと潤滑油38の不足による温度上昇を抑制することとをより高次元で両立することができる。
Figure 0005986201
一方、扇状領域αから外れた直線OA′と直線OB′との間の広角な角度領域をC字状領域δとすると、該C字状領域δは、下記数4の範囲となる。
Figure 0005986201
このように、左隔壁15Gの外径部位15G1を扇状領域αとC字状領域δとに区切った状態で、扇状領域αには油流通口39は設けず、扇状領域αを除いた(扇状領域αから外れた)範囲となるC字状領域δには4個の油流通口39を設ける構成としている。この場合、潤滑油38の液面は、軸線X−X付近であるから、潤滑油38を流通させるための各油流通口39は、軸線X−X付近から下側に配設されている。この上で、左隔壁15Gには、ピニオンギヤ20側となる後側に1個の油流通口39を設け、ピニオンギヤ20と反対側となる前側に間隔を置いて3個の油流通口39を設けている。
具体的には、C字状領域δのうち、ピニオンギヤ20とリングギヤ26とが噛合する位置と、本体ケース15の底部15D1の位置と、上,下方向の軸線Z−Zを挟んでピニオンギヤ20と反対側となる位置と、軸線Z−Zを挟んで扇状領域αと反対側となる位置との4箇所に油流通口39を配置している。
これにより、潤滑油38の流れが速くなるとされるピニオンギヤ20の下側位置では、潤滑油38の流通を阻止することができる。この左隔壁15Gに設けた各油流通口39では、ブレーキ室15Jからギヤ室15Hに流入する潤滑油38の流れを、扇状領域αの位置で制限している。一方、潤滑油38の流れが緩やかに安定しているC字状領域δでは、4箇所の油流通口39を通じて潤滑油38を流通させることができる。
この場合、ピニオンギヤ20とリングギヤ26とが噛合する位置は、上,下方向の中間部位、即ち、潤滑油38の液面位置であるから、この位置に設けた油流通口39は、潤滑油38の液面よりも下側の一部だけで潤滑油38を流通させることになる。一方、本体ケース15の底部15D1の位置は、ピニオンギヤ20とリングギヤ26との噛合位置から離れた位置であるから、この位置に設けた油流通口39は、潤滑油38を緩やかに安定的に流通させることができる。これにより、扇状領域αから外れたC字状領域δでは、各油流通口39通じて多くの潤滑油を緩やかに、かつ安定的に流通させることができる。
従って、各油流通口39は、ブレーキ機構33の回転ディスク35,非回転ディスク36の外周縁35A,36Aに対面する位置の近傍に開口しているものの、緩やかに流れる潤滑油38だけを流通させることによって回転ディスク35と非回転ディスク36との間の引き摺りを抑制することができる。
なお、扇状領域αを、例えば20度未満(より好ましくは24度未満)に設定し、この扇状領域αを避けて油流通口39を設けた場合は、左隔壁15Gに向かう潤滑油38が油流通口39を通じて過度に流れる傾向となり、ケーシング13内の潤滑油38の流れが不均等になる虞がある。さらに、流れの速くなった潤滑油38が、回転ディスク35や非回転ディスク36の外周縁35A,36Aを押圧する傾向となり、ブレーキ機構33の引き摺りに繋がる虞がある。この回転ディスク35と非回転ディスク36との間の引き摺りとは、ケーシング13内を流通する潤滑油38の流体力によって回転ディスク35と非回転ディスク36が押圧されて両者が接触し、回転抵抗を生じることをいう。
40は全周流通口を示し、該全周流通口40は、本体ケース15の左隔壁15Gの全周に均一な間隔をもって複数個、例えば10個設けられている。各全周流通口40は、ギヤ室15Hとブレーキ室15Jとの間で潤滑油38や空気を流通させるための開口である。図5に示すように、各全周流通口40は、リングギヤ26の歯部よりも内径側となる部位、即ち、外径部位15G1と軸挿通孔15G2との中間位置に設けられている。このために、各全周流通口40は、ピニオンギヤ20とリングギヤ26との噛合部位によって潤滑油38の流れが速まる位置から離れているため、ピニオンギヤ20とリングギヤ26との噛合によるポンプ作用の影響を受けることがない。そこで、全周流通口40は、隔壁15Gの全周に亘って配置されている。
次に、図8に示すように、右隔壁15Gにも、左隔壁15Gとほぼ同様に、4個の油流通口39と10個の全周流通口40とが設けられている。この右隔壁15Gに設けられた4個の油流通口39では、ギヤ室15Hからブレーキ室15Jに流入する潤滑油38の流れを、扇状領域αの位置で制限している。右隔壁15Gに設けられた4個の油流通口39の配設位置は、左隔壁15Gに設けられた4個の油流通口39と前,後方向の軸線Y−Yを挟んで左右対称となっているだけであり、潤滑油38の流れに対する機能はほぼ同様であるため、詳細な説明を省略するものとする。
本実施の形態によるホイールローダ1は上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
キャブ10に搭乗したオペレータは、周囲のレバー、ペダル類(いずれも図示せず)を操作して走行用のトランスミッション9を作動させる。このときにトランスミッション9の出力軸の回転力がプロペラシャフト9Bからフロントアクスル装置12の入力軸18、デファレンシャル機構21、左,右の遊星歯車減速機構27を介してそれぞれのアクスルシャフト32に伝達される。これにより、各アクスルシャフト32に接続された左,右の前輪5を回転駆動することができる。同様に、トランスミッション9の出力軸の回転を、プロペラシャフト9Aからリヤアクスル装置11に伝えることにより、左,右の後輪4を回転駆動することができる。
このように、前,後の車輪5,4を回転駆動することにより、作業現場に向けてホイールローダ1を走行させることができる。この走行時に左,右いずれかの方向に曲がった場合には、デファレンシャル機構21の各デフ用ピニオンギヤ23が自転しつつ各デフ用サイドギヤ24に回転力を伝達する。これにより、例えば左方向に曲がるときには、内輪側となる左側の車輪5,4の回転数を、外輪側となる右側の車輪5,4の回転数よりも低下させることができ、内側と外側の車輪5,4間の回転数差によってスムーズに曲がることができる。
走行時には、ブレーキペダル(図示せず)を操作することにより、ブレーキ機構33によってアクスルシャフト32に制動力を与え、減速または停車することができる。一方、走行しつつ作業装置6を操作することにより、土砂の積み込み作業を含む各種作業を行うことができる。さらに、フロントアクスル装置12では、回転部位、摺動部位、噛合部位等に大きな負荷が作用する上に、ブレーキ機構33の摩擦熱等によって温度上昇を生じる。このために、潤滑油38をケーシング13内で循環流通させ、回転部位、摺動部位、噛合部位を潤滑、冷却する必要がある。
そこで、ケーシング13内での潤滑油38の流れについて説明する。ピニオンギヤ20とリングギヤ26が回転駆動したときには、これらがギヤポンプとして機能し、潤滑油38が撹拌されて流れを生じる。このときに、本体ケース15の左,右の隔壁15Gには、油流通口39、全周流通口40を設けているから、潤滑油38の流れを邪魔することなく、潤滑油38をギヤ室15H、ブレーキ室15J、減速機構室17Aで循環流通させることができる。これにより、潤滑油38は、回転部位、摺動部位、噛合部位を潤滑、冷却することができる。
ここで、デファレンシャル機構21を駆動した場合には、ピニオンギヤ20とリングギヤ26との噛合部位で潤滑油38が大きく撹拌される。このために、ピニオンギヤ20の下側位置、即ち、各隔壁15Gの平面上において、各回転軸25の軸線X−Xよりも下側で、かつデファレンシャル機構21の回転中心Oを通って上,下方向に延びる軸線Z−Zよりもピニオンギヤ20が配置されている後側に位置する扇状領域αでは、右隔壁15Gに向かう方向で潤滑油38の流れが過度に速くなる傾向となる。これに合せて、左隔壁15Gについても、ギヤ室15Hに流入する潤滑油38の流れが過度に速くなる傾向となる。
然るに、第1の実施の形態によれば、デファレンシャルケース14の本体ケース15には、デファレンシャル機構21を支持すると共に、該デファレンシャル機構21と左,右のアクスルチューブ17との間を隔てる左,右の隔壁15Gを設け、この本体ケース15の各隔壁15Gには、ケーシング13内で潤滑油38を循環流通させるために、リングギヤ26の外周縁26Aと対面する位置の近傍に複数の油流通口39をそれぞれ設ける。この場合、各回転軸25の軸線X−Xよりも下側に位置すると共に、デファレンシャル機構21の回転中心Oを通って上,下方向に延びる軸線Z−Zよりもピニオンギヤ20が配置されている後側に位置する扇状領域をαとすると、各油流通口39は、この扇状領域αから外れたC字状領域δに配置する構成としている。
従って、ピニオンギヤ20とリングギヤ26との噛合によって潤滑油38の流れが速くなる扇状領域αでは、潤滑油38の流通を抑制することができ、潤滑油38の流れが緩やかに安定したC字状領域δでは必要量の潤滑油38を流通させることができる。
この結果、ピニオンギヤ20とリングギヤ26との噛合状態、ギヤ室15Hの形状を考慮した最適な位置、即ち、C字状領域δだけに各油流通口39を設けることにより、別途カバー等の部品を設けることなく、ケーシング13内で潤滑油38を均等に流通させることができる。これにより、アクスル装置11,12に設けられた回転部位、摺動部位を安定的に潤滑、冷却することができ、耐久性、組立作業性を向上することができる。
しかも、本体ケース15は、リングギヤ26に対して最小限の隙間をもって形成することができるから、この本体ケース15を小型化、軽量化することができる。さらに、アクスル装置11,12に設けられた回転部位、摺動部位には、潤滑油38を安定的に供給することができ、耐久性、組立作業性を向上することができる。
デファレンシャル機構21の回転中心Oからピニオンギヤ20に向けて延びた前,後方向の軸線Y−Yのうち、前記回転中心Oから後側に延びた直線をOAとし、デファレンシャル機構21の回転中心Oを通る上,下方向の軸線Z−Zのうち、回転中心Oから本体ケース15の底部15D1に向けて延びた直線をOBとする。この上で、これらの直線OA,OBから互いに近付く方向に離間した位置を直線OA′,OB′とする。この直線OA′,OB′間の範囲を扇状領域αとし、この扇状領域α(約90度〜20度の範囲)では、潤滑油38の流通を抑制し、扇状領域αから外れたC字状領域δ(約270度〜340度の範囲)に各油流通口39を設けて潤滑油38を流通させる構成としている。従って、潤滑油38の流れが緩やかに安定したC字状領域δを通じて潤滑油38を過不足なく流通させることができる。
なお、前述した扇状領域αは、見方を変えると、次のように表すことができる。即ち、デファレンシャル機構21の回転中心Oから見た各隔壁15Gの平面上で、上,下方向の軸線Z−Zと前,後方向の軸線Y−Yとに仕切られた4つの領域を、第1象限(I)、第2象限(II)、第3象限(III)、第4象限(IV)とすると、扇状領域αは、各隔壁15Gの第3象限(III)に配置することができる。
一方、各油流通口39は、ブレーキ機構33の回転ディスク35の外周縁35A,非回転ディスク36の外周縁36Aとそれぞれ対面する位置の近傍に開口して設けている。この場合、各油流通口39が潤滑油38が速く流通する位置に設けられていると、この潤滑油38がブレーキ機構33の回転ディスク35と非回転ディスク36を押圧して引き摺りを生じる虞がある。しかし、本実施の形態では、各油流通口39は、潤滑油38の緩やかに流れる位置に設けているから、潤滑油38が回転ディスク35の外周縁35Aと非回転ディスク36の外周縁36Aの近傍に流れても、回転ディスク35と非回転ディスク36との間の引き摺りを抑制することができる。
次に、図11は本発明の第2の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、入力軸の先端に設けたピニオンギヤを両持ち構造で支持する構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
図11において、41はリングギヤ26と左,右方向の反対側に位置する右側の隔壁15Gに設けられた支持部材である。この支持部材41は、右隔壁15Gから後述のピニオンギヤ42の先端に向けて延びている。
42は入力軸18の先端部に設けられたピニオンギヤで、該ピニオンギヤ42は、リングギヤ26と噛合するものである。ピニオンギヤ42の先端には、支持部材41に向けて延びる軸部42Aが設けられている。この軸部42Aは軸受43を介して支持部材41に回転可能に取付けられている。これにより、ピニオンギヤ42は、突出筒15Fと支持部材41とに両持ち構造で支持することができる。
かくして、このように構成された第2の実施の形態においても、前述した第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。即ち、第2の実施の形態によれば、ピニオンギヤ42は、突出筒15Fと支持部材41とに両持ち構造で支持されている。これにより、ピニオンギヤ42の支持強度を高めることができ、耐久性や動作性を向上することができる。この場合、ピニオンギヤ42とリングギヤ26との噛合部位で撹拌された潤滑油38は、支持部材41により右隔壁15Gに向けて案内されるから、ピニオンギヤ20の下側位置では潤滑油38の流れが上述した第1の実施の形態に比較して速まる虞がある。これに対し、油流通口39は、流れが緩やかに安定している位置(扇状領域αから外れたC字状領域δ)に設けているため、ブレーキ機構33の引き摺りを防ぐ効果をより有効に得ることができる。
なお、第1の実施の形態では、扇状領域αに油流通口39を全く設けない構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、扇状領域αに実質的に油流通口に相当しない小さな孔を設ける構成とすることも可能である。この構成は、第2の実施の形態にも適用することができる。
第1の実施の形態では、駆動源をエンジン7、動力伝達機構をトルクコンバータ8、トランスミッション9により構成し、このトランスミッション9を各アクスル装置11,12に連結する構成とした場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えばトルクコンバータ8、トランスミッション9を廃止し、油圧閉回路を用いて後輪4、前輪5を駆動してもよい。即ち、エンジン7の出力軸に油圧ポンプを設け、この油圧ポンプと油圧モータで油圧閉回路を構成し、油圧モータの出力軸を無段の動力伝達機構を介して各アクスル装置11,12に接続する構成としてもよい。この構成は、第2の実施の形態にも適用することができる。
一方、各実施の形態では、ホイール式建設機械としてトランスミッション9と前輪5、後輪4との間にアクスル装置12,11を備えたホイールローダ1を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば前,後に車輪を有する油圧ショベル、鉱山用大型ダンプトラック、トラクタ等の他のホイール式建設機械にも広く適用できるものである。また、油圧モータと後輪との間にアクスル装置を備えたロードローラに適用してもよい。
1 ホイールローダ(ホイール式建設機械)
2 後部車体
3 前部車体
4 後輪
5 前輪
7 エンジン(駆動源)
8 トルクコンバータ
9 トランスミッション
9A,9B プロペラシャフト
11 リヤアクスル装置
12 フロントアクスル装置
13 ケーシング
14 デファレンシャルケース
15 本体ケース
15C 後面部
15D 底面部
15D1 底部
15G 隔壁
15G1 外径部位
17 アクスルチューブ
18 入力軸
19 軸受
20,42 ピニオンギヤ
21 デファレンシャル機構
25 回転軸
26 リングギヤ
26A,35A,36A 外周縁
32 アクスルシャフト
33 ブレーキ機構
35 回転ディスク
36 非回転ディスク
37 ピストン
38 潤滑油
39 油流通口
40 全周流通口
O デファレンシャル機構の回転中心
Y−Y 前,後方向の軸線
X−X 左,右方向の軸線
Z−Z 上,下方向の軸線
OA,OB,OA′,OB′ 直線
α 扇状領域
δ C字状領域
(III) 第3象限

Claims (4)

  1. 駆動源を備えた車体と、該車体に設けられ前,後方向(Y−Y)に延びたプロペラシャフトを介して前記駆動源に接続されることにより左,右方向の両側の車輪を回転駆動するアクスル装置とからなり、
    前記アクスル装置は
    左,右方向の中間部に配置されたデファレンシャルケースと該デファレンシャルケースから左,右方向の両側に向けて延びた左,右のアクスルチューブとにより形成されるケーシングと
    該ケーシングの前記デファレンシャルケース内に位置して前記デファレンシャルケースの前,後方向の一側に前,後方向の軸線(Y−Y)を回転中心として回転可能に取付けられ前記プロペラシャフトに連結されたピニオンギヤと
    前記デファレンシャルケース内に位置して左,右方向の軸線(X−X)を回転中心として該ピニオンギヤに噛合するリングギヤを有し該ピニオンギヤから該リングギヤに伝わる回転力を左,右方向に配置された回転軸を介して前記左,右の車輪に分配するデファレンシャル機構と
    前記各アクスルチューブ内を左,右方向に延び、前記左,右の車輪に前記デファレンシャル機構による回転を伝える左,右のアクスルシャフトと
    前記デファレンシャルケース内にその底部から上,下方向の中間部位までに貯えられる潤滑油とを備えてなるホイール式建設機械において、
    前記デファレンシャルケースには、前記デファレンシャル機構を支持すると共に、前記デファレンシャル機構と前記左,右のアクスルチューブとの間を隔てる左,右の隔壁を設け、
    該各隔壁には、前記ケーシング内で前記潤滑油を循環流通させるために、前記リングギヤの外周縁と対面する位置の近傍に複数の油流通口をそれぞれ設け、
    前記各隔壁の平面上で前記各回転軸の軸線(X−X)よりも下側に位置すると共に、前記デファレンシャル機構の回転中心(O)を通って上,下方向に延びる軸線(Z−Z)よりも前記ピニオンギヤ側に位置し、該ピニオンギヤの下側位置で、かつ、該ピニオンギヤと前記底部との間に設定された角度90度よりも小さな扇状領域を(α)とし、該扇状領域(α)が前記前,後方向の軸線(Y−Y)から下側に離間した角度を(β)とし、前記扇状領域(α)が前記上,下方向に延びる軸線(Z−Z)から前記ピニオンギヤ側に離間した角度を(γ)とすると、
    前記各油流通口は、前記各隔壁に対し前記扇状領域(α)から外れた範囲(δ)に配置する構成とし
    かつ、20°≦α<90°、35°≧β>0°、35°≧γ>0°に設定したことを特徴とするホイール式建設機械。
  2. 前記デファレンシャルケースの前記各隔壁よりも左,右方向の外側位置には、前記回転軸に取付けられた板体からなる複数枚の回転ディスクと、該各回転ディスクの外径側に位置して前記ケーシングに取付けられ該回転ディスクに対面する円環状の非回転ディスクと、該非回転ディスクを前記回転ディスクに押付けて制動力を発生するピストンとからなるブレーキ機構を設け、
    前記各油流通口は、前記回転ディスクの外周縁および前記非回転ディスクの外周縁と対面する位置の近傍に設ける構成としてなる請求項1に記載のホイール式建設機械。
  3. 前記扇状領域(α)は、前記デファレンシャル機構の回転中心(O)から見た各隔壁の平面上で第3象限(III)に位置してなる請求項1またはに記載のホイール式建設機械。
  4. 前記各油流通口は、少なくとも前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛合する位置と前記デファレンシャルケースの部の位置とにそれぞれ設ける構成としてなる請求項1,2またはに記載のホイール式建設機械。
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