具有失效限制几何构造的驱动总成转让专利
申请号 : CN200880104679.1
文献号 : CN101790654A
文献日 : 2010-07-28
发明人 : R·J·吉贝斯 , J·诺尔科 , J·D·盖茨
申请人 : 卡特彼勒公司
摘要 :
本发明公开了一种与机动车辆一起使用的驱动总成(10)。该驱动总成包括壳体(34)和设置在壳体内的第一驱动部件(46)。该驱动总成具有设置成约束第一驱动部件的紧固件(50)以及能够在紧固件失效时限制紧固件的第二驱动部件(66)。
权利要求 :
1.一种驱动总成(10)，包括：
壳体(34)；
设置在所述壳体内的第一驱动部件(46)；
设置成约束所述第一驱动部件的紧固件(50)；以及能够在紧固件失效时限制所述紧固件的第二驱动部件(66)。
2.如权利要求1所述的驱动总成，其中，所述第二驱动部件与所述壳体配合并接合所述第一驱动部件，以产生基本封闭的空间(72)。
3.如权利要求1所述的驱动总成，其中，所述第二驱动部件是具有大致L形截面的环形构件。
4.如权利要求1所述的驱动总成，其中，所述第二驱动部件是制动反作用板。
5.如权利要求1所述的驱动总成，其中，所述紧固件是卡环。
6.如权利要求1所述的驱动总成，其中，所述第一驱动部件是齿圈。
7.如权利要求1所述的驱动总成，其中，当所述紧固件被不当安装时，所述第二驱动部件被防止接合所述第一驱动部件。
8.如权利要求1所述的驱动总成，其中，所述紧固件将所述第一驱动部件锁定到所述壳体。
9.一种动力传动系统(10，12，18，24，26，28)，包括：差速器(12)，所述差速器具有中心壳体(26)、差速传动机构(28)和输入轴(18)，所述输入轴伸进所述中心壳体，以可驱动的方式接合所述差速传动机构；
牵引器(24)；以及
如权利要求1至8中任一项所述的驱动总成(10)，所述驱动总成连接在所述差速器和所述牵引器之间，用来驱动所述牵引器。
10.如权利要求9所述的动力传动系统，其中，所述第一驱动部件就转动而言锁定到所述壳体。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种驱动总成，尤其是涉及一种具有失效限制几何构造的驱动总成。
背景技术
包括公路和野外拖运专用卡车、轮式装载机、自行式平地机以及其他类型的重型装备的机器一般都包括机械变速器，机械变速器通过差速器和两个基本一样的终端驱动总成以可以进行驱动的方式结合到相对的牵引器(每个牵引器和差速器之间有一个驱动总成)。差速器接收从变速器输入的动力并产生经终端驱动总成传向牵引器的两个动力输出。终端驱动总成的功能是将差速器输出的转速减少到适合于驱动相关联的牵引器的水平，由此推进机器。
每个终端驱动总成一般都包括由差速器驱动的输入轴、连接到相关牵引器的输出轴和连接在输入轴、输出轴之间的行星传动机构。行星传动机构一般包括安装成同输入轴一起转动的太阳齿轮、具有多个由太阳齿轮驱动的行星齿轮和安装成同输出轴一起转动的相应行星架的行星齿轮机构以及也同行星齿轮啮合的静止的齿圈。
在某些构造中，太阳齿轮、行星架和齿圈中的一个以上部件保持不动或者用紧固件连接到壳体或轴。紧固件例如有螺栓、卡环、榫钉或者其他紧固件，其从壳体或轴延伸经过相应的齿轮或者在相应齿轮旁边延伸。按照这种方式，紧固件可以防止齿轮的相对轴向和/或转动方向的运动。1989年11月28日颁发给Rieke的第4883373号美国专利(′373专利)中描述了这种类型的轮轴构造的一个例子。具体地说，′373专利描述了一种用卡环装设到车轴上的行星架。卡环和在轴的一端上限定的浅周向沟槽接合。行星架因此被卡环卡住，从而对行星架的轴向运动进行约束。
虽然对于某些情况来说，′373专利中描述的轮轴构造可能是足够的，但是它还是有问题的。具体来讲，卡环可能组装得不正确，可能在操作过程中脱离周向沟槽，并且/或者可能在操作过程中断裂(即失效)。在任何一种情况中，卡环都可能被允许穿过轮轴壳体并和其他转动部件干涉。这种干涉可能对部件造成损失很大的损坏以及/或者机器操作的中断。
本发明的驱动总成解决上面提出的一个以上的问题。
每个终端驱动总成一般都包括由差速器驱动的输入轴、连接到相关牵引器的输出轴和连接在输入轴、输出轴之间的行星传动机构。行星传动机构一般包括安装成同输入轴一起转动的太阳齿轮、具有多个由太阳齿轮驱动的行星齿轮和安装成同输出轴一起转动的相应行星架的行星齿轮机构以及也同行星齿轮啮合的静止的齿圈。
在某些构造中，太阳齿轮、行星架和齿圈中的一个以上部件保持不动或者用紧固件连接到壳体或轴。紧固件例如有螺栓、卡环、榫钉或者其他紧固件，其从壳体或轴延伸经过相应的齿轮或者在相应齿轮旁边延伸。按照这种方式，紧固件可以防止齿轮的相对轴向和/或转动方向的运动。1989年11月28日颁发给Rieke的第4883373号美国专利(′373专利)中描述了这种类型的轮轴构造的一个例子。具体地说，′373专利描述了一种用卡环装设到车轴上的行星架。卡环和在轴的一端上限定的浅周向沟槽接合。行星架因此被卡环卡住，从而对行星架的轴向运动进行约束。
虽然对于某些情况来说，′373专利中描述的轮轴构造可能是足够的，但是它还是有问题的。具体来讲，卡环可能组装得不正确，可能在操作过程中脱离周向沟槽，并且/或者可能在操作过程中断裂(即失效)。在任何一种情况中，卡环都可能被允许穿过轮轴壳体并和其他转动部件干涉。这种干涉可能对部件造成损失很大的损坏以及/或者机器操作的中断。
本发明的驱动总成解决上面提出的一个以上的问题。
发明内容
本发明的一个方面涉及驱动总成。该驱动总成可包括壳体和位于所述壳体内的第一驱动部件。所述驱动总成还可以包括设置成约束所述第一驱动部件的紧固件和能够在紧固件发生失效时限制所述紧固件的第二驱动部件。
本发明的另一个方面涉及另一驱动总成。该驱动总成可包括壳体和位于所述壳体内的第一驱动部件。所述驱动总成还可以包括设置成约束所述第一驱动部件的紧固件和能够对不正确的紧固件组装提供视觉指示的第二驱动部件。
本发明的另一个方面涉及另一驱动总成。该驱动总成可包括壳体和位于所述壳体内的第一驱动部件。所述驱动总成还可以包括设置成约束所述第一驱动部件的紧固件和能够对不正确的紧固件组装提供视觉指示的第二驱动部件。
附图说明
图1是一示例性驱动总成的示意图；
图2是图1的驱动总成的剖视图；以及
图3是图1的驱动总成中一种示例性齿圈连接的放大剖视图。
图2是图1的驱动总成的剖视图；以及
图3是图1的驱动总成中一种示例性齿圈连接的放大剖视图。
具体实施方式
图1示出了一种示例性公开的驱动总成10。驱动总成10可与一机动车辆(未示出)相联以推动该车辆。由此，驱动总成10可包括差速器总成12和第一、第二终端驱动总成14、16。诸如传动轴18的输入构件可以按照可进行驱动的方式将车辆的动力源(即发动机和变速器，二者都没有示出)连接到差速器总成12。诸如第一输出轴20和第二输出轴22的两个输出构件可以按照可进行驱动的方式将终端驱动总成14、16连接到位于车辆相对侧的牵引器24。在一个实施方式中，牵引器24可以表现为轮子。终端驱动总成14、16可以按照可以进行驱动的方式结合到差速器总成12，使得传动轴18的转动引起输出轴20、22和牵引器24的相应转动。
如图2所示，差速器总成12可包括中心壳体26和支撑在中心壳体26中的差速传动机构28。中心壳体26可以是大体上为圆柱形的壳体，其轴向基本上和输出轴20、22对准。一个以上的轴承30可以设置在中心壳体26内以支持输出轴20、22的转动。传动轴18可伸过中心壳体26的一侧以接合并可转动地驱动差速传动机构28。而差速传动机构28可以以可进行操作的方式接合并将传动轴18的输入转动传递给输出轴20、22。在中心壳体26的各相对端，端面32可被设置成接合并密封于终端驱动总成14、16的分支壳体34。具体而言，中心壳体26的端面32可配合在各分支壳体34的端面35上。如果希望的话，像例如垫圈等的密封件(未示出)可插在中心壳体26的端面32和分支壳体34的端面35之间，以在该界面处提高流体密封。
每个终端驱动总成14、16的分支壳体34都可封装并支撑输出轴20、22中的相关一个和行星传动机构36。一个以上的轴承38可以设置成支持输出轴20、22在分支壳体34内的转动。输出轴20、22可以由差速传动机构28驱动，速度由行星传动机构36降低。分支壳体34可以通过例如围绕着其外周设置的螺纹紧固件40连接到中心壳体26。
针对本发明的目的，行星传动机构可具有至少三个元件，包括太阳齿轮、具有至少一组相连的行星齿轮的行星架以及齿圈。行星架的行星齿轮可与太阳齿轮和齿圈啮合，并且如果在行星传动机构中包括中间行星齿轮的话，则行星齿轮还与该同一行星架的中间行星齿轮啮合。太阳齿轮、行星架、行星齿轮和齿圈可以全都一起同时转动。作为替换方式，太阳齿轮、行星架和齿圈中的一个以上部件可以保持不动，以改变该机构的减速比。每个行星传动机构都可以接收一个以上的输入转动并产生一个以上的相应输出转动。输入和输出之间转速的变化可取决于太阳齿轮和齿圈的齿数。转速的变化还可取决于用来接收输入转动的齿轮、选择用来提供输出转动的齿轮以及哪个齿轮保持不动(如果有的话)。
在图2的示例性实施方式中，行星齿轮机构36可包括太阳齿轮42、行星架44和齿圈46。各太阳齿轮42可以以可驱动的方式进行连接以同差速齿轮机构28一同转动。各齿圈46可在分支壳体34内固定不动。多个行星齿轮44a可连接成同行星架44一起转动并与太阳齿轮42和齿圈46啮合。各行星架44可连接成转动输出轴20、22中的一个。于是，传动轴18的运动和动力可以经差速传动机构28通过太阳齿轮42、行星齿轮44a和行星架44传递到输出轴20、22，其中固定的齿圈46仅仅影响运动的减速比。
如图3所示，齿圈46可以设置在分支壳体34的凹部48内。在一个实施方式中，齿圈46可压配进凹部48内，直到凹部48的肩48a与齿圈46的端面接合。然后将卡环50插进设于凹部48的内壁中的沟槽52，以在轴向上将齿圈46约束在凹部48中。也就是说，齿圈46可以自由地在肩48a和卡环50之间沿轴向运动。像例如榫钉54的紧固件可以设置在齿圈46的部分槽56和凹部48的部分槽58内，由此就转动而言将齿圈46锁定到分支壳体34。
参见图2和图3这两个图，驱动总成10可以配备有能够阻止输出轴20、22转动的内部制动系统60(即制动系统60可以至少部分被中心壳体26和分支壳体34罩住)。制动系统60可以包括致动器62、一个以上的制动盘64和反作用板66。制动盘64可连接成同输出轴20、22一起转动，使得当致动器62受压力流体作用时，制动盘64可被夹在致动器62和反作用板66之间，产生阻止输出轴20、22转动的摩擦力。在这种构造中，作用在致动器62上的流体压力可与阻止输出轴20、22运动的力的幅值有关。如果在制动系统60中包含多个制动盘64，那么，在制动盘64之间可布置分隔板68。复位弹簧70可布置成将致动器62与反作用板66分开并促使制动盘64松开。
如图3所示，反作用板66可组装成接合并压靠在齿圈46的端面上。反作用板66可以是具有大致L形截面的环形构件，L形的一个突起接合齿圈46，另一个突起与分支壳体34的端面35相配合但是不接合(即在反作用板66和端面35之间留有轴向距离小于卡环50宽度的空间)。在这种布局中，反作用板66、分支壳体34和齿圈46可以形成基本上封闭的空间72。
在制造驱动总成10的过程中，中心壳体26和分支壳体34的接合可以针对卡环50成功放置到沟槽52中提供一种视觉指示。也就是，如果卡环50没有完全坐落在沟槽52内，那么，反作用板66可能一直降到卡环50上面，而不是齿圈46上，由此防止中心壳体26完全接合分支壳体34。由于卡环不当组装的结果，在中心壳体26的端面32和分支壳体34的端面35之间可以观察到空间。这个空间可以提供卡环50被不当地安装进分支壳体34或者组装后从沟槽52脱离的视觉指示。如果观察到这个空间，那么，可以培训组装技工取下反作用板66并检查卡环50。
空间72可提供失效限制。也就是，在操作过程中卡环50可能会发生失效(即断裂和/或脱离沟槽52)。如果允许运动经过中心壳体26和/或分支壳体34，卡环50的碎片可能与驱动总成10的其他运动部件干涉，由此造成其他的故障、失效和/或动力传递中断。但是，因为反作用板66和分支壳体34的配合以及和齿圈46的接合，卡环50可被限制在空间72内。在空间72内，卡环50的碎片可能只会造成很小的损害，如果有的话。
工业实用性
本发明的驱动总成可应用于任何具有利用在操作过程中可能失效的紧固件进行约束的部件的动力传动系统。本发明的驱动总成通过将失效的紧固件限制在远离敏感转动部件的空间中，可以将失效紧固件造成的随后损害最小化。此外，本发明的驱动总成可以提供其正确组装的视觉指示。
由于驱动总成10的几何构造(即反作用板66、齿圈46和分支壳体34)，可以确保齿圈46和卡环50正确安装。也就是，中心壳体26的端面32和分支壳体34的端面35之间观察到的空间可以提供正确组装的视觉指示。如果没有空间存在，那么可以得出结论：卡环50完全坐落在沟槽52内。如果空间存在，那么必须检查并校正卡环50的组装。
反作用板66、齿圈46和分支壳体34之间的关系还可以提供失效限制的好处。具体地说，如果卡环50失效，那么，封闭空间72可以限制卡环50的碎片，直到可以进行维护。通过限制卡环50的碎片，对驱动总成10的其余部件的损害可以最小。
本领域技术人员将会清楚，可以对本发明的驱动总成作出各种改变和变型，而不会超出本发明的范围。通过对说明书和这里公开的动力传动系统实践的思考，对于本领域技术人员来说其他实施方式将会是显而易见的。这里的意图是说明书和例子仅仅被认为是示例性的，本发明的真实范围由权利要求及其等同物指明。
如图2所示，差速器总成12可包括中心壳体26和支撑在中心壳体26中的差速传动机构28。中心壳体26可以是大体上为圆柱形的壳体，其轴向基本上和输出轴20、22对准。一个以上的轴承30可以设置在中心壳体26内以支持输出轴20、22的转动。传动轴18可伸过中心壳体26的一侧以接合并可转动地驱动差速传动机构28。而差速传动机构28可以以可进行操作的方式接合并将传动轴18的输入转动传递给输出轴20、22。在中心壳体26的各相对端，端面32可被设置成接合并密封于终端驱动总成14、16的分支壳体34。具体而言，中心壳体26的端面32可配合在各分支壳体34的端面35上。如果希望的话，像例如垫圈等的密封件(未示出)可插在中心壳体26的端面32和分支壳体34的端面35之间，以在该界面处提高流体密封。
每个终端驱动总成14、16的分支壳体34都可封装并支撑输出轴20、22中的相关一个和行星传动机构36。一个以上的轴承38可以设置成支持输出轴20、22在分支壳体34内的转动。输出轴20、22可以由差速传动机构28驱动，速度由行星传动机构36降低。分支壳体34可以通过例如围绕着其外周设置的螺纹紧固件40连接到中心壳体26。
针对本发明的目的，行星传动机构可具有至少三个元件，包括太阳齿轮、具有至少一组相连的行星齿轮的行星架以及齿圈。行星架的行星齿轮可与太阳齿轮和齿圈啮合，并且如果在行星传动机构中包括中间行星齿轮的话，则行星齿轮还与该同一行星架的中间行星齿轮啮合。太阳齿轮、行星架、行星齿轮和齿圈可以全都一起同时转动。作为替换方式，太阳齿轮、行星架和齿圈中的一个以上部件可以保持不动，以改变该机构的减速比。每个行星传动机构都可以接收一个以上的输入转动并产生一个以上的相应输出转动。输入和输出之间转速的变化可取决于太阳齿轮和齿圈的齿数。转速的变化还可取决于用来接收输入转动的齿轮、选择用来提供输出转动的齿轮以及哪个齿轮保持不动(如果有的话)。
在图2的示例性实施方式中，行星齿轮机构36可包括太阳齿轮42、行星架44和齿圈46。各太阳齿轮42可以以可驱动的方式进行连接以同差速齿轮机构28一同转动。各齿圈46可在分支壳体34内固定不动。多个行星齿轮44a可连接成同行星架44一起转动并与太阳齿轮42和齿圈46啮合。各行星架44可连接成转动输出轴20、22中的一个。于是，传动轴18的运动和动力可以经差速传动机构28通过太阳齿轮42、行星齿轮44a和行星架44传递到输出轴20、22，其中固定的齿圈46仅仅影响运动的减速比。
如图3所示，齿圈46可以设置在分支壳体34的凹部48内。在一个实施方式中，齿圈46可压配进凹部48内，直到凹部48的肩48a与齿圈46的端面接合。然后将卡环50插进设于凹部48的内壁中的沟槽52，以在轴向上将齿圈46约束在凹部48中。也就是说，齿圈46可以自由地在肩48a和卡环50之间沿轴向运动。像例如榫钉54的紧固件可以设置在齿圈46的部分槽56和凹部48的部分槽58内，由此就转动而言将齿圈46锁定到分支壳体34。
参见图2和图3这两个图，驱动总成10可以配备有能够阻止输出轴20、22转动的内部制动系统60(即制动系统60可以至少部分被中心壳体26和分支壳体34罩住)。制动系统60可以包括致动器62、一个以上的制动盘64和反作用板66。制动盘64可连接成同输出轴20、22一起转动，使得当致动器62受压力流体作用时，制动盘64可被夹在致动器62和反作用板66之间，产生阻止输出轴20、22转动的摩擦力。在这种构造中，作用在致动器62上的流体压力可与阻止输出轴20、22运动的力的幅值有关。如果在制动系统60中包含多个制动盘64，那么，在制动盘64之间可布置分隔板68。复位弹簧70可布置成将致动器62与反作用板66分开并促使制动盘64松开。
如图3所示，反作用板66可组装成接合并压靠在齿圈46的端面上。反作用板66可以是具有大致L形截面的环形构件，L形的一个突起接合齿圈46，另一个突起与分支壳体34的端面35相配合但是不接合(即在反作用板66和端面35之间留有轴向距离小于卡环50宽度的空间)。在这种布局中，反作用板66、分支壳体34和齿圈46可以形成基本上封闭的空间72。
在制造驱动总成10的过程中，中心壳体26和分支壳体34的接合可以针对卡环50成功放置到沟槽52中提供一种视觉指示。也就是，如果卡环50没有完全坐落在沟槽52内，那么，反作用板66可能一直降到卡环50上面，而不是齿圈46上，由此防止中心壳体26完全接合分支壳体34。由于卡环不当组装的结果，在中心壳体26的端面32和分支壳体34的端面35之间可以观察到空间。这个空间可以提供卡环50被不当地安装进分支壳体34或者组装后从沟槽52脱离的视觉指示。如果观察到这个空间，那么，可以培训组装技工取下反作用板66并检查卡环50。
空间72可提供失效限制。也就是，在操作过程中卡环50可能会发生失效(即断裂和/或脱离沟槽52)。如果允许运动经过中心壳体26和/或分支壳体34，卡环50的碎片可能与驱动总成10的其他运动部件干涉，由此造成其他的故障、失效和/或动力传递中断。但是，因为反作用板66和分支壳体34的配合以及和齿圈46的接合，卡环50可被限制在空间72内。在空间72内，卡环50的碎片可能只会造成很小的损害，如果有的话。
工业实用性
本发明的驱动总成可应用于任何具有利用在操作过程中可能失效的紧固件进行约束的部件的动力传动系统。本发明的驱动总成通过将失效的紧固件限制在远离敏感转动部件的空间中，可以将失效紧固件造成的随后损害最小化。此外，本发明的驱动总成可以提供其正确组装的视觉指示。
由于驱动总成10的几何构造(即反作用板66、齿圈46和分支壳体34)，可以确保齿圈46和卡环50正确安装。也就是，中心壳体26的端面32和分支壳体34的端面35之间观察到的空间可以提供正确组装的视觉指示。如果没有空间存在，那么可以得出结论：卡环50完全坐落在沟槽52内。如果空间存在，那么必须检查并校正卡环50的组装。
反作用板66、齿圈46和分支壳体34之间的关系还可以提供失效限制的好处。具体地说，如果卡环50失效，那么，封闭空间72可以限制卡环50的碎片，直到可以进行维护。通过限制卡环50的碎片，对驱动总成10的其余部件的损害可以最小。
本领域技术人员将会清楚，可以对本发明的驱动总成作出各种改变和变型，而不会超出本发明的范围。通过对说明书和这里公开的动力传动系统实践的思考，对于本领域技术人员来说其他实施方式将会是显而易见的。这里的意图是说明书和例子仅仅被认为是示例性的，本发明的真实范围由权利要求及其等同物指明。