减少驱动小齿轮轴承寄生损失的串联轮轴齿轮装置的制作方法

根据35U.S.C.119(e)，本申请要求以2015年9月28日申请的授权系列号为62/233,824的临时申请的权利，在此通过引用的方式全文并入。

技术领域

本发明涉及一种车辆串联轮轴组件的齿轮装置，其能减少与驱动小齿轮的轴承相关的寄生损失。

背景技术：

对于车辆的所有者和操作者来说燃油效率的增加变得更加重要，特别是如串联轮轴牵引挂车的大型车辆。正在研究车辆传动系统的各方面以确定哪些地方的寄生损失能够被减少或者消除，从而提高燃油效率。

一种已经受到关注的确定损失是否能够被减少或者消除的结构是车辆传动系统的轴承。更特别地，支撑小齿轮轴的轴承在经过润滑油转动时产生了大量的拖曳。轴承的寄生能量损失是由经过润滑油的转动而产生的寄生流体拖曳的大小所导致的速度的函数。对于给定的车速，轮轴齿轮比越慢(即数字上较高)，则小齿轮必然转得越快。能量消耗是扭矩和转速的乘积的函数。因此，由于轴承以较快的速度转动，所以小齿轮轴承消耗的能量越多，轮轴齿轮比越慢。

因此，有利的是，寻找一条能减少轴承产生的寄生能量损失的道路以增加车辆传动系统效率。

技术实现要素：

一种车辆串联轮轴系统的齿轮装置，包括：第一斜齿轮，其与输入轴和轴间差速器的一部分驱动啮合；第二斜齿轮，其利用安装在小齿轮轴上的第二斜齿轮两侧的至少两个轴承连接到小齿轮轴；和驱动小齿轮，其连接到小齿轮轴并与环形齿轮啮合接合。环形齿轮与前差速器组件驱动接合。第一斜齿轮和第二斜齿轮是啮合接合的并且具有预定的齿轮比。

附图说明

当根据附图考虑时，经过下面的详细描述，对本领域技术人员来说，本实施例的上述以及其它优点将变得清晰，其中：

图1是根据本发明的串联轮轴组件的优选实施例的示意性透视图；

图2是图1的串联轮轴组件的前轮轴系统的一个实施例的详细剖面侧视图；

图3是图1的串联轮轴组件的前轮轴系统的一个实施例的示意性剖面侧视图；

图4是图3所述的前轮轴系统的局部、示意性剖面顶视图；和

图5是图1的串联轮轴组件的后轮轴系统的一个实施例的示意性剖面侧视图。

具体实施方式

可以理解，本实施例可以进行各种替换方向和步骤顺序，除非明确指明是有相反情况的。也可以理解，附图中所描述的和接下来的说明书所描述的特定的设备和方法是附加权利要求限定的本发明概念的简单的示例性实施例。因此，与该实施例相关的特定尺寸、方向或者其它物理特性仅为说明用，都非限制。

如图1-4所述，车辆的串联轮轴组件10的一个实施例包括前轮轴系统20和后轮轴系统120。前轮轴系统20具有壳体22。壳体22可以是中空的并且从其延伸具有一体成型的第一臂24和第二臂26。壳体22可以是单件结构或者多件结构。第一轮毂28可转动地安装在第一臂24的端部，第二轮毂30可转动地安装在第二臂26的端部。车轮和轮胎(均未示出)安装在轮毂28、30上。

前差速器组件32位于壳体22中。第一轮轴半轴34连接到前差速器组件32。第一轮轴半轴34在第一臂24中从前差速器组件32延伸到第一轮毂28。第二轮轴半轴36连接到前差速器组件32。第二轮轴半轴36在第二臂26中从前差速器组件32延伸到第二轮毂30。来自前差速器组件32的转动能量通过轮轴半轴34、36传递到车轮端以使车辆在路面上移动。

在所述的实施例中，转动能量从发动机和/或变速箱(未示出)提供到前差速器组件32。转动能量通过输入轴38提供给前差速器组件32。轭架(yoke)40可以连接到输入轴38以与互补轭架(未示出)连接。

输入轴38延伸进入壳体22的中空内部。输入轴38连接到齿轮装置41。齿轮装置41包括第一斜齿轮42。第一斜齿轮42与输入轴38同轴。第一斜齿轮42与第二斜齿轮44直接啮合。第二斜齿轮44在壳体22中位于第一斜齿轮42下方。第二斜齿轮44位于与输入轴38平行但不同轴的小齿轮轴46上。小齿轮轴46安装在第一轴承48和第二轴承50上以在壳体22中转动。轴承48、50位于小齿轮轴46上的第二斜齿轮44的两侧。

驱动小齿轮52安装在小齿轮轴46上。驱动小齿轮52直接连接到环形齿轮54。在一个实施例中，驱动小齿轮52和环形齿轮54的齿轮比是2.26。驱动小齿轮52允许将输入轴38安装在壳体22的下部，形成垂直压缩的前驱动轮轴系统20。环形齿轮54直接连接到前差速器组件32。前差速器组件32包括容纳至少一个小齿轮58和至少一个侧齿轮60的差速器壳体56。优选地，差速器壳体56容纳安装在星形轴(未描述)上的两个小齿轮58，星形轴延伸进差速器壳体56。小齿轮与至少两个侧齿轮60直接啮合。侧齿轮60具有由花键围成的中空内部。这些花键与第一和第二轮轴半轴34、36上的花键啮合。前差速器组件32分隔开从环形齿轮54到第一轮轴半轴34和第二轮轴半轴36的转动驱动。

第一斜齿轮42被驱动地连接到轴间差速器62。轴间差速器62可以由至少一个小齿轮64和至少一个侧齿轮66组成。优选地，轴间差速器62包括与第一侧齿轮66a和第二侧齿轮66b啮合的两个小齿轮64。轴间差速器62分隔开输入轴38在第一斜齿轮42和第一侧齿轮66a之间的转动驱动。

输出轴68被连接到第二侧齿轮66b。输出轴68与输入轴38同轴并且安装得可以在壳体22中转动。输出轴68在差速器壳体56和轮轴半轴34、36之上延伸。输出轴68轴向延伸穿过壳体22后部。轭架70可以被连接到输出轴68。轭架70可以被连接到传动轴72。在一个实施例中，侧齿轮66b被连接到输出轴68以驱动传动轴72。

由于两个部件被直接地互相连接而不用在它们中间有任何结构以增加或减少转动，所以第一斜齿轮42以与输入轴38相同的速度转动。如果串联轮轴组件中的第一和第二斜齿轮42、44具有1∶1的齿轮比，则驱动小齿轮52将以与输入轴38相同的速度转动。但是，通过调节斜齿轮42、44的齿轮比而有意低速传动驱动小齿轮52，驱动小齿轮52的转速能被减小。在一个实施例中，斜齿轮42、44可以被设计得具有1.57的齿轮比。由于轴承48、50的寄生能量损失是速度的函数，所以驱动小齿轮52的速度的降低将增加传动系统的效率。

可以基于想得到的需求和车辆的效率，选择前轮轴系统20中的齿轮比。斜齿轮42、44均具有齿倾斜度，即，齿以相对于齿轮42、44的轴线成一个角度地设置。通过提供具有不同外直径的斜齿轮42、44或者改变各齿轮上的齿数，可以实现第一和第二斜齿轮42、44所需的齿轮比。斜齿轮42、44的速度与其外径的比和齿轮数的比成反比。在一个优选实施例中，第一斜齿轮42上的齿数小于第二斜齿轮44上的齿数。另外或者可替换的，第一斜齿轮42的外径小于第二斜齿轮44的外径。

如果斜齿轮42、44之间的齿数和/或外径不同，则会使第二斜齿轮44以与第一斜齿轮42不同的速度转动。在一个优选实施例中，第二斜齿轮44比第一斜齿轮42转得慢。前轮轴系统20中的斜齿轮42、44使驱动小齿轮52以预定的驱动比驱动环形齿轮54。第二斜齿轮44比第一斜齿轮42转得慢的结果是，连接到驱动轴46的驱动小齿轮52比输入轴38转得慢。

在另一个实施例中，第二斜齿轮44比第一斜齿轮42转得快，即驱动小齿轮52是被超速传动的。第二斜齿轮44比第一斜齿轮42转得快的结果是，连接到驱动轴46的驱动小齿轮52比输入轴38转得快。

如图1和5所示，传动轴72从前轮轴系统20延伸到后轮轴系统120。传动轴被连接到后轮轴系统120的输入轴138上。后轮轴系统120具有壳体122。壳体122可以是单件结构或者多件结构。输入轴138可转动地安装在壳体122中。壳体122具有从其延伸的一体成型的第一臂124和第二臂126。第一轮毂128可转动地安装在第一臂124的端部，第二轮毂130可转动地安装在第二臂126的端部。车轮和轮胎(均未示出)安装在轮毂128、130上。

驱动小齿轮152位于输入轴138的端部。驱动小齿轮152与输入轴138同轴。驱动小齿轮152与环形齿轮154啮合。环形齿轮154连接到后差速器组件132。后差速器组件132位于壳体122中。第一轮轴半轴134连接到后差速器组件132。在中空的第一臂124中，第一轮轴半轴134从后差速器组件132延伸到第一轮毂128。第二轮轴半轴136连接到后差速器组件132上。在中空的第二臂126中，第二轮轴半轴136从后差速器组件132延伸到第二轮毂130。来自后差速器组件132的转动能量通过轮轴半轴134、136传递到车轮端以使车辆在路面上移动。后差速器组件132分隔开由位于第一后轮轴半轴134和第二后轮轴半轴136之间的环形齿轮154提供的转动驱动。

环形齿轮154直接连接到差速器156。后差速器组件132包括容纳至少一个小齿轮(未描述)和至少一个侧齿轮(未描述)的差速器壳体(未描述)。优选地，差速器壳体容纳安装在星形轴(未描述)上的两个小齿轮，星形轴延伸进差速器壳体。小齿轮与至少两个侧齿轮(未描述)直接啮合。侧齿轮具有由花键围成的中空内部。该花键与第一和第二轮轴半轴134、136上的花键啮合。

第一和第二前轮轴半轴34、36及第一和第二轮轴半轴134、136均位于它们各自的半轴壳体中并且从各自的差速器56、156延伸。

可以基于想得到的需求和车辆的效率，选择前和后串联轮轴系统20、120中的齿轮比。在一个实施例中，在后轮轴系统120中驱动环形齿轮154的驱动小齿轮152并不会如其在前轮轴系统20中那样被减小。在一个实施例中，后轮轴系统120的驱动比可以是，但并不限于，3.55。从而，与小齿轮152的驱动比和后轮轴系统120的环形齿轮154的驱动比相比，前轮轴系统20的小齿轮52和环形齿轮54的驱动比是不同的，更具体的是减小的。

根据专利法的规定，以优选实施例的方式描述了本发明。但是，应当注意，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，该实施例能够被实施，除非特别说明和描述的。