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具有包括行星齒輪系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的機(jī)器的制作方法

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具有包括行星齒輪系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的機(jī)器的制作方法與工藝

本發(fā)明總體涉及具有包括行星齒輪系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)器,并且更具體地涉及在配置有行星齒輪系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)具有驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器的電力系統(tǒng)。



背景技術(shù):

各種作業(yè)機(jī)器(諸如推土機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自動(dòng)平地機(jī)以及其他類型的建筑、作業(yè)和運(yùn)土機(jī)械)使用燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī))來(lái)產(chǎn)生電力。由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)已經(jīng)用于電動(dòng)移動(dòng)機(jī)器中,以提供用于機(jī)器系統(tǒng)的推進(jìn)和操作的電力。

在這種策略下,可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出范圍內(nèi)的更穩(wěn)定且更平滑的操作和過(guò)渡,而不是要求發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的快速斜線上升和下降來(lái)適應(yīng)電力需求的變化。換言之,通過(guò)使用由車載發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供的電力來(lái)向一些或所有機(jī)器系統(tǒng)供電,燃燒特性和整體發(fā)動(dòng)機(jī)操作能夠變得更易于預(yù)測(cè)且變化得不那么快。這避免了與系統(tǒng)上的電力需求變化相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載發(fā)生大范圍且快速的波動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作更易于預(yù)測(cè)并且發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的變化更平緩的情況下,與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)(其中發(fā)動(dòng)機(jī)直接為機(jī)器推進(jìn)系統(tǒng)、液壓裝置等供電)相比,已經(jīng)證明可以對(duì)排放物和其他諸如燃料效率的因素進(jìn)行出色的控制。

然而,為了實(shí)現(xiàn)最大能力和最大效率,一些發(fā)電機(jī)所要求的是可能顯著大于發(fā)動(dòng)機(jī)正常旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度。在這些情況下就需要機(jī)器部件來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的所需速度需求。這樣的機(jī)器部件可能成本高、制造復(fù)雜、異常龐大等。例如,這樣的機(jī)器部件具有包括布置在其中的壁和支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)造,這些壁和支撐機(jī)構(gòu)增加了制造的復(fù)雜程度和成本,諸如中心壁。

標(biāo)題為“發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)聯(lián)接器”的美國(guó)專利第2,815,974號(hào)公開(kāi)了一種這樣的機(jī)器部件。在該專利中,行星齒輪裝置和超越離合器將發(fā)電機(jī)聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)處于相同的速度下時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)直接驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。

因此,具有提供所需旋轉(zhuǎn)速度的機(jī)器部件將會(huì)是有利的,該機(jī)器部件成本較低、制造更簡(jiǎn)單并且更緊湊。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

在一個(gè)方面,一種配置為與機(jī)器的電力系統(tǒng)一起操作的驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器,該驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器包括行星齒輪系統(tǒng),該行星齒輪系統(tǒng)包括配置為接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入的齒圈以及配置為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸的太陽(yáng)齒輪;各自布置在行星齒輪軸上的多個(gè)行星齒輪,多個(gè)行星齒輪與太陽(yáng)齒輪和齒圈嚙合;包括第一行星架板以及第二行星架板的行星架,在行星架板之間具有用于接收太陽(yáng)齒輪和多個(gè)行星齒輪的開(kāi)口部分;以及布置在行星架中的配置為支撐發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸的軸承。

在另一方面,一種機(jī)器包括:機(jī)架;布置在機(jī)架上并且配置為為機(jī)器產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī);布置在機(jī)架上并且配置為使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī);包括配置為接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入的齒圈以及配置為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸的太陽(yáng)齒輪的行星齒輪系統(tǒng);各自布置在行星齒輪軸上的多個(gè)行星齒輪,多個(gè)行星齒輪與太陽(yáng)齒輪和齒圈嚙合;包括第一行星架板和第二行星架板的行星架,在行星架板之間具有用于接收太陽(yáng)齒輪和多個(gè)行星齒輪的開(kāi)口部分;以及布置在行星架中配置為支撐發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸的軸承。

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下描述時(shí),將更容易理解本發(fā)明的這些和其他方面和特征。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的各方面的具有電力系統(tǒng)的機(jī)器的側(cè)視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的各方面的傳動(dòng)系的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的各方面的行星齒輪系統(tǒng)的前側(cè)透視圖。

圖4是圖3的行星齒輪系統(tǒng)的分解視圖。

圖5是圖3的行星齒輪系統(tǒng)的局部剖視圖。

圖6是圖3的行星齒輪系統(tǒng)的局部分解視圖。

圖7是圖3的行星齒輪系統(tǒng)的局部分解視圖。

具體實(shí)施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明的各方面的具有電力系統(tǒng)的機(jī)器(例如,履帶式拖拉機(jī))的側(cè)視圖。機(jī)器10可包括用于推進(jìn)機(jī)器10的一組地面接合元件(諸如履帶14),在圖1中僅可看到其中一個(gè)。履帶14可通過(guò)鏈輪44的操作而移動(dòng),該鏈輪可由電動(dòng)機(jī)15(圖2中所示)驅(qū)動(dòng)。還可以考慮其他地面接合實(shí)施方式,諸如輪胎和車輪的組合。機(jī)器10可包括發(fā)動(dòng)機(jī)16。機(jī)器10可進(jìn)一步包括可由一個(gè)或多個(gè)液壓缸42致動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)作業(yè)工具40。液壓缸42可由液壓系統(tǒng)(未示出)進(jìn)行操作。機(jī)器的多個(gè)部件可安裝到機(jī)架12。

作業(yè)工具40可包括如圖所示位于機(jī)器10的前部處的鏟刀46和/或位于機(jī)器10的后部處的松土器。鏟刀46可以通過(guò)一對(duì)推臂48連接到機(jī)架12來(lái)用于操作。推臂48的操作可以由一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器(諸如液壓缸42)控制。液壓缸42可以伸出或縮回以操作推臂48。液壓缸42的操作反過(guò)來(lái)可以在操作機(jī)器10的操作者的命令下由液壓系統(tǒng)控制??蛇x地,液壓缸42的操作反過(guò)來(lái)可以在操作機(jī)器10的自動(dòng)控制器的命令下由液壓系統(tǒng)控制。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的至少一些方面的傳動(dòng)系11的示意圖。傳動(dòng)系11安裝到機(jī)架12。傳動(dòng)系11是包括發(fā)動(dòng)機(jī)16的串聯(lián)電動(dòng)傳動(dòng)系,該發(fā)動(dòng)機(jī)16可以包括配置為使發(fā)電機(jī)18旋轉(zhuǎn)的輸出軸26,該發(fā)電機(jī)18配置為為機(jī)器10提供電力。如本文將進(jìn)一步描述的,機(jī)器10還可包括驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20,其配置為在發(fā)動(dòng)機(jī)16和發(fā)電機(jī)18之間傳遞轉(zhuǎn)矩和合適的速度相關(guān)性。電動(dòng)機(jī)15可以進(jìn)一步通過(guò)電力線28連接到發(fā)電機(jī)18。機(jī)器10還可以包括電力電子器件32。電力電子器件32可包括用于從發(fā)電機(jī)18向電動(dòng)機(jī)15傳送電力的合適的硬件和/或軟件。電力電子器件32可進(jìn)一步包括用于控制電動(dòng)機(jī)15的操作的合適的硬件和/或軟件。電動(dòng)機(jī)15可以配置為完成某些形式的作業(yè),諸如通過(guò)地面接合構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)(例如,通過(guò)鏈輪44驅(qū)動(dòng)履帶14)推進(jìn)機(jī)器10。用于機(jī)器10的推進(jìn)系統(tǒng)涵蓋了電動(dòng)機(jī)15,以及地面接合構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20和傳動(dòng)系11。

驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20可配置為在發(fā)動(dòng)機(jī)16和發(fā)電機(jī)18之間傳遞轉(zhuǎn)矩。為此,驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20可包括行星齒輪系統(tǒng)22或與行星齒輪系統(tǒng)22聯(lián)接,行星齒輪系統(tǒng)22可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24,繼而旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)18并產(chǎn)生電力。在圖2中所示的示例中,輸出軸26和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24以同軸構(gòu)造示出。然而,術(shù)語(yǔ)“發(fā)電機(jī)”不應(yīng)嚴(yán)格限制為不包括交流發(fā)電機(jī)等。

在圖2中所示的具體方面中,發(fā)動(dòng)機(jī)16可以驅(qū)動(dòng)輸出軸26,該輸出軸26配置為連接到齒圈320并向齒圈320提供輸入。行星齒輪系統(tǒng)22增加發(fā)動(dòng)機(jī)16提供的旋轉(zhuǎn)速度,并且隨后通過(guò)太陽(yáng)齒輪360輸出增加的旋轉(zhuǎn)速度,以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)18。行星齒輪系統(tǒng)22因此是齒圈輸入/太陽(yáng)齒輪輸出的構(gòu)造。

圖3至圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的至少一些方面的行星齒輪系統(tǒng)。如圖3至圖7中所示,驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20可包括輸入轂302。輸入轂302可按照任何已知的方式連接到發(fā)動(dòng)機(jī)16(圖2中所示)的輸出軸26。在圖3至圖7中所示的方面中,輸入轂302可包括輸入軸304。輸入軸304可配置為花鍵軸。輸入轂302可進(jìn)一步包括可與齒圈320的一組齒圈齒322嚙合的齒輪齒306(圖6中所示)。輸入轂302可通過(guò)任何已知的機(jī)器緊固件相對(duì)于齒圈320固定。在圖3至圖7中所示的方面中,輸入轂302可通過(guò)可布置在齒圈320中的槽中的卡環(huán)310緊固到齒圈320。

輸入轂302可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)孔308???08可提供進(jìn)入位置,以便向聯(lián)接器20的內(nèi)部部分提供潤(rùn)滑劑???08可用于在制造期間為輸入轂302的任何熱處理提供消除應(yīng)變的區(qū)域。此外,孔308可用于減小輸入轂302的重量。

齒圈320,特別是齒圈320的齒圈齒322可以與一個(gè)或多個(gè)行星齒輪340嚙合。每個(gè)行星齒輪340都可以安裝在行星齒輪軸346上??梢栽诿總€(gè)行星齒輪340和行星齒輪軸346之間布置軸承342,以減少行星齒輪340相對(duì)于行星齒輪軸346可能經(jīng)歷的任何旋轉(zhuǎn)摩擦。軸承342可以是滾珠軸承、滾針軸承、套筒軸承等。

行星齒輪340周向地位于太陽(yáng)齒輪360周圍并且可與太陽(yáng)齒輪360嚙合。特別地,行星齒輪340的行星齒輪齒344可與太陽(yáng)齒輪360的齒362嚙合。太陽(yáng)齒輪360可進(jìn)一步包括連接機(jī)構(gòu)364,以連接發(fā)電機(jī)18并將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)18。特別地,太陽(yáng)齒輪360可配置為將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)18的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24(圖2中所示)。在圖7中所示的方面中,太陽(yáng)齒輪360可包括作為連接機(jī)構(gòu)364的內(nèi)花鍵,以將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)18的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24可具有對(duì)應(yīng)的花鍵。

如圖7中進(jìn)一步所示,驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20可進(jìn)一步包括行星架,該行星架包括第一行星齒輪架板370。第一行星齒輪架板370可包括位于其中以固定行星齒輪軸346的第一端的第一孔372,以及可承載行星齒輪軸346的相對(duì)端的第二孔374。在這一點(diǎn)上,第一行星齒輪架板370可以包括可配置有第二孔374的第二行星齒輪架板376。其他行星齒輪340可以以類似的方式固定。因此,行星架可以包括第一行星齒輪架板370和第二行星齒輪架板376。

應(yīng)當(dāng)注意,圖4和圖7的分解視圖示出了每個(gè)行星齒輪軸346都與第一行星齒輪架板370分離的太陽(yáng)齒輪360和行星齒輪340。然而,當(dāng)如圖5中所示可操作地布置時(shí),太陽(yáng)齒輪360和行星齒輪340以及每個(gè)行星齒輪軸346布置在第一行星齒輪架板370和第二行星齒輪架板376之間。

第一行星齒輪架板370通過(guò)附接構(gòu)造378與第二行星齒輪架板376間隔開(kāi)并保持固定關(guān)系。附接構(gòu)造378可包括多個(gè)徑向布置在第一行星齒輪架板370和第二行星齒輪架板376之間的若干位置處的附接構(gòu)造。在具體方面中,第一行星齒輪架板370實(shí)施為固定載架。在本上下文中,第一行星齒輪架板370可以是在操作期間不旋轉(zhuǎn)的第一行星齒輪架板370。在具體方面中,第一行星齒輪架板370和/或第二行星齒輪架板376可以是大致平坦的、碟形的部分,并且在發(fā)電機(jī)18和行星齒輪系統(tǒng)22之間沒(méi)有任何實(shí)現(xiàn)加速布置的中心壁構(gòu)造。在這一點(diǎn)上,第一行星齒輪架板370可用作發(fā)電機(jī)18的端蓋。

參照?qǐng)D5,第一行星齒輪架板370可通過(guò)多個(gè)緊固件機(jī)器地緊固到與發(fā)電機(jī)18相關(guān)聯(lián)的殼體380。在圖4中所示的方面中,機(jī)器緊固件示出為多個(gè)螺栓382,但是也可以考慮其他類型的緊固件。多個(gè)螺栓382可延伸穿過(guò)布置在第一行星齒輪架板370的外徑上的孔390(圖7中所示),以與殼體380連接。

仍參照?qǐng)D5,發(fā)電機(jī)18的殼體380還可包括為第一行星齒輪架板370提供潤(rùn)滑的導(dǎo)管384。在這一點(diǎn)上,導(dǎo)管384可連接到布置在第一行星齒輪架板370內(nèi)的導(dǎo)管386。因此,當(dāng)潤(rùn)滑劑被泵送通過(guò)導(dǎo)管384時(shí),該潤(rùn)滑劑可以繼續(xù)進(jìn)入導(dǎo)管386中來(lái)潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20的各種部件。導(dǎo)管386可直接與行星齒輪軸346連接,該行星齒輪軸346可進(jìn)一步包括中心孔和一個(gè)或多個(gè)十字孔,從而向也可以潤(rùn)滑太陽(yáng)齒輪360的行星齒輪340提供潤(rùn)滑劑。在所示的示例中,第一行星齒輪架板370是鑄造而成的,但也能夠由機(jī)器加工的鋼板制成并焊接。如圖5中所示,導(dǎo)管384、386可包括一個(gè)或多個(gè)密封件(其位于發(fā)電機(jī)18的殼體380的接口和第一行星齒輪架板370之間以減少泄漏)以及一個(gè)或多個(gè)用于進(jìn)入進(jìn)行修理的塞子。

驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20可進(jìn)一步包括保持器368和保持板324。保持器368可接觸太陽(yáng)齒輪360的頂部、行星齒輪軸346的各部分等。保持板324可接觸保持器368的表面并將保持器368保持在驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20內(nèi)的適當(dāng)位置。保持板324可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)器緊固件326,其可將保持板324緊固到第二行星齒輪架板376。在一個(gè)方面,機(jī)器緊固件326可緊固到孔328??梢钥紤]保持器368和保持板324的其他構(gòu)造。

參照?qǐng)D5,第一行星齒輪架板370可包括軸承388。軸承388可裝配到第一行星齒輪架板370中。軸承388圍繞發(fā)電機(jī)18的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24定位。以這種方式,第一行星齒輪架板370通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24為行星齒輪340和發(fā)電機(jī)18的轉(zhuǎn)子這兩者提供支撐。

工業(yè)實(shí)用性

驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20可具有更簡(jiǎn)單的構(gòu)造,而不需要在驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20內(nèi)的發(fā)電機(jī)18和行星齒輪系統(tǒng)22之間的實(shí)現(xiàn)如本文所述的加速布置的中心壁。相比之下,現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)需要更復(fù)雜的構(gòu)造,諸如包括在發(fā)電機(jī)和行星加速布置之間的中心壁的構(gòu)造。在這一點(diǎn)上,在如上所述的第一行星齒輪架板370作為固定載架的情況下,其不僅通過(guò)軸承388支撐發(fā)電機(jī)18的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24,還用作發(fā)電機(jī)的端蓋18。與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式相比,這種構(gòu)造更簡(jiǎn)單,并且減少了所需的部件的數(shù)量。此外,第一行星齒輪架板370代替了發(fā)電機(jī)端蓋,并且不僅用于完成對(duì)發(fā)電機(jī)18的閉合,而且第一行星齒輪架板370還支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24。此外,由于第一行星齒輪架板370是固定的,因此,其進(jìn)一步支撐行星齒輪340。驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20還有助于發(fā)動(dòng)機(jī)16和發(fā)電機(jī)18之間的對(duì)準(zhǔn)、增加提供給發(fā)電機(jī)18的旋轉(zhuǎn)速度、為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24提供支撐以及容納行星齒輪系統(tǒng)22的布置。

驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20具有實(shí)現(xiàn)了減少的接頭需求以及更小和/或更便宜的緊固件的構(gòu)造。在這一點(diǎn)上,參照?qǐng)D7,機(jī)器緊固件可包括多個(gè)螺栓382,這些螺栓382可延伸穿過(guò)布置在第一行星齒輪架板370的外徑上的孔390,以與殼體380連接。將螺栓382布置在第一行星齒輪架板370的外徑上減少了對(duì)接頭的需求并允許緊固件更小和/或更便宜。

驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20允許從輸入轂302到發(fā)電機(jī)18的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸24為直列幾何形狀(參見(jiàn)圖5中的虛線A),這種直列幾何形狀可使得整體發(fā)電機(jī)封裝變得更緊湊,同時(shí)空間要求與在機(jī)器驅(qū)動(dòng)機(jī)器中使用的變矩器大致相同。

驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20允許可用來(lái)提供潤(rùn)滑分布的載架鑄件構(gòu)造。在這一點(diǎn)上,圖5示出了殼體380,該殼體380還可包括為第一行星齒輪架板370提供潤(rùn)滑的導(dǎo)管384。此外,導(dǎo)管384可連接到布置在第一行星齒輪架板370內(nèi)的導(dǎo)管386。因此,當(dāng)潤(rùn)滑劑被泵送通過(guò)導(dǎo)管384時(shí),該潤(rùn)滑劑可繼續(xù)進(jìn)入到導(dǎo)管386中以潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20的各種部件。導(dǎo)管386可直接與行星齒輪軸346連接,該行星齒輪軸346可進(jìn)一步包括中心孔和一個(gè)或多個(gè)十字孔,以便向也可潤(rùn)滑太陽(yáng)齒輪360的行星齒輪340提供潤(rùn)滑劑。任何一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管可以是鑄件的一部分。例如,導(dǎo)管386可以與第一行星齒輪架板370一起鑄造。

驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器20可通過(guò)在齒圈320上和太陽(yáng)齒輪360上提供花鍵來(lái)具有特定的工業(yè)實(shí)用性,進(jìn)而幫助管理制造公差并提供更長(zhǎng)的部件壽命。在這一點(diǎn)上,行星齒輪系統(tǒng)22可能會(huì)因?yàn)檩S承388相對(duì)于齒輪的放置位置而受到極大的約束。部件壽命很大程度上取決于定位這些軸承388的特征的位置公差,并且普通制造能力在某種程度上限制了該公差。將花鍵連接合并到輸入和輸出齒輪上為系統(tǒng)增加了順應(yīng)性,并且允許零部件在包封內(nèi)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)自我定位,這在一定程度上可以抵消一些位置可變性。

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