专利名称：用于驱动轴的中央轮胎充气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中央轮胎充气(CTI)系统，该系统利用形成于旋转轮轴里的通道来提供一条容易密封的流动通道将空气从车辆气源传输到驱动轴轮胎总成的。每个轮轴里的通道包括一形成于轴端内侧处与气源连通的流体入口和一形成于轴端外侧处与轮胎总成连通的流体出口。
背景技术：
当遇到某些预定情况时，CTI系统自动地向车辆轮胎充入空气。一种典型的情况就是在车辆运行过程中，当轮胎气压不够时，CTI系统会向轮胎里自动充气。CTI系统典型地包括用来监控车辆每一轮胎里气压的压力调节器和传感器。当任何一个轮胎里的气压低于预定水平时，该系统就自动地向该轮胎充气，直到轮胎压力达到所需值为止。
CTI系统包括一安装在车上的储气罐。空气通过各种途径从储气罐输送到轮胎。CTI系统可以和传动或非驱动轴整合在一起。传统地，对两种轴中任一种轴，CTI系统都包括一允许将空气从不旋转的空气源输送到旋转轮胎之间的气体连接。一些系统包括一端安装为随轮毂总成一起旋转、另一端安装在不旋转驱动轴的不旋转轴管处的一气体连接。在这些系统中空气从储气罐输送到轴管内部。轴内部的空气通过连接器输送到旋转轮胎。
传统地，驱动轴CTI系统很难和传统轮端整合在一起。典型地，这些CTI系统需要与不旋转轴里的钻孔通路结合使用旋转轮毂里的钻孔通路。这种结构要求体积大、造价高的密封，难于装配且加工昂贵。还有，用于驱动轴使用盘式制动器和单轮胎的轮毂常常没有足够的安装空间来容纳钻孔通道。因此，在这种结构中应用CTI系统是不实际的。
利用形成于轮毂中通道的CTI系统还有另外一个缺点，即与车轮轴承运行发生干涉。典型地，轮毂被支承为可相对一对轴承上的心轴旋转。为了使轴承能高效地和有力地运行，必须使其得到适当的润滑。在轮毂中形成一条空气通道对轴承运行是有害的，特别是在有一密封失效或渗漏的情况下。还有，工业上倾向于使用组合轴承，这就要求一永久密封单元。通过该轴承单元输送空气是与这种观念相违背的。
其它用于驱动轴的CTI系统利用旋转半轴(axle shaft)内的一对钻孔通道。有一径向空气通道钻入半轴内以与一横向延伸通道连通。一空气连接器(air coupling)在径向空气通道位置处围绕半轴以便在旋转半轴的外表面和空气连接器的内表面之间形成一密封的环形气室。空气从空气源传输经过气室进入径向通道。
这种系统有若干缺陷。空气连接器是一需要若干元件和多个密封的复杂机械装置，这就使得该连接器合非常昂贵。还有将连接器安装到半轴上是非常困难和耗时的。该系统也难于维护和维修。
这就需要一种成本效率更高的用于驱动轴的CTI系统。该系统必须容易整合到驱动轴中而不需要大量的加工、装配或要求在旋转轮毂内形成通道。还有该系统必须易于维护和维修，另外克服先有系统的其它所述缺陷。
发明内容
用于车辆轮端总成的轮胎充气系统包括一主动输入构件和一从动输出构件。输出构件包括一驱动轮毂和轮胎总成围绕车轮轴线旋转的轮轴。轮轴有一横向延伸的孔，该孔在第一端处确定一流体连通车辆气源的流体入口，并在第二端处确定一流体连通轮胎总成的流体出口。一气源元件与车辆气源配合把空气从不旋转的车辆结构输送到旋转轮轴内的孔。一密封总成安装为随轮轴的第一端旋转以便当空气从不旋转结构输送到旋转轮轴时提供一密封环境。
在所披露的具体实施例中，孔从第一端面到第二端面贯穿轮轴的整个长度。气源元件包括一安装在不旋转车轮结构上的底座部分和一从底座部分延伸并在第一端面处进入所述孔内的空气导管。优选地，流体入口和流体出口同横向延伸孔同轴。利用在轮轴内形成孔的方法，空气能容易地输送到从动车轮的轮胎总成而不会与车轮轴承发生干涉且不需要钻到轮毂里的通道。
在所披露的具体实施例中，本发明和倒转门式驱动轴(inverted portaldrive axle)整合在一起。倒转门式驱动轴包括一由车辆动力源驱动的输入，并且该输入确定一纵向轴线。输入可运转地连接到一差速器，该差速器与第一和第二半轴驱动啮合。在倒转门式驱动轴结构里，输入横向靠一轮总成比另一轮总成近，因此第一和第二半轴中一半轴明显比另一半轴长。每一半轴驱动一齿轮组，将驱动输入从较低的半轴水平位置提升到较高的车轮轴线水平位置。齿轮组驱动轮轴，轮轴再驱动轮毂。在该轴结构中，孔与车轮旋转轴线同轴，车轮旋转轴线与半轴旋转轴线平行且间隔开。位于轮轴内侧端的流体入口容易经过不旋转齿轮箱或轴箱进入。因此，气源元件能容易地安装为与轮轴孔连通且不与其它车轮元件干涉并且不必进行明显的车轮改动。一连接器与软管总成可运转地连接到位于轮轴外侧端的各流体出口以将空气引导到轮胎总成。
密封总成与旋转轮轴的第一或内侧端面结合。密封总成包括一密封体和至少一弹性密封构件，所述密封体和至少一弹性密封构件安装为可随轮轴旋转。密封体至少部分地容置在形成于内侧端面处的辅助孔之内。辅助孔优选地与横向延伸孔同轴且与其相比有一较大直径。弹性密封由密封体支撑并保持在适当位置以便当空气从气源流出经过空气导管、经过横向延伸孔并流至轮胎总成时提供一密封气路。
本发明利用轮轴为能整合到各种不同类型的车轮结构里的CTI系统提供一单独、容易地密封的气流通道。该系统易于维修，因为当维修或更换任何充气系统零件时轮毂不必卸下。此外，与传统轮胎充气系统相比，本发明使用的更小、更简单、更低成本的零件。通过下面的详细说明和插图，我们能更好的理解该发明的上述和其它一些特性，以下为所述附图的简要描述。
图1是整合了本发明的CTI系统的驱动轴总成的示意图。
图2是图1所示驱动轴总成的立体图。
图3是用于图2所示驱动轴总成的轴输入的剖视图。
图4是图2所示车轮齿轮总成的剖视图。
图5A是用于图2所示整合了本发明的一个具体实施例的驱动轴总成的轮端总成的剖视图。
图5B是整合了本发明的CTI系统的气源元件的一披露的具体实施例中。
图6是整合了本发明的CTI系统的气源元件的另一披露的具体实施例中。
图7是整合了本发明的CTI系统的气源元件的又一披露的具体实施例中。
图8是图7所示密封体的放大视图。
具体实施例方式
图1是整合到驱动轴总成12的CTI系统10的示意图。优选地，驱动轴总成12是一倒转门式驱动轴，当然，CTI系统10也能用于门式驱动轴或本领域中其它类似的驱动轴。CTI系统10包括一由车辆或车辆挂车承载的气源14。气源14可以是车辆上现有的气源罐，如压缩空气制动制动系统，或是专用于CTI系统10的独立气源。
CTI系统10还包括多个压力阀和传感器，用于监控轮胎压力、气源压力并控制通过CTI系统10的气流。如图1所示的一个例子中，CTI系统10包括一压力调节器和卸载阀总成16。压力调节器通常设定在所需的轮胎压力水平。卸载阀设定在一较低压力水平并当任一轮胎爆裂时阻止输送空气到该轮胎。卸载阀是常开状态，但当压力调节器的压力输出下降而低于某一压力水平时，该阀关闭以防止在轮胎爆裂情况下耗尽气源。可在压力调节器和卸载阀总成16之外采用止回阀18以仅允许系统里单向流动。CTI系统10还可包括一将气源14、压力调节器和卸载阀总成16、和止回阀18相互连接至轮轴总成12的软管压力管线20。可选地，或在以上提到的元件之外，可在每一轮胎总成24处采用压力传感器22以分别地监控轮胎压力。必须了解的是这些仅仅是一些能够用于CTI系统10的阀、调节器和传感器的例子。本领域中其它已知的CTI元件也能替代以上提到的元件或与之一起使用。
倒转门式驱动轴总成12包括一可运转地连接到驱动动力源28如发动机或电机的输入26。在一个所披露的具体实施例中，输入26包括一由连接到动力源28的驱动轴32驱动的小齿轮30。小齿轮30驱动一可运转地连接到差动齿轮总成36的环形齿轮34。第一半轴38和第二半轴40连接到差动齿轮总成36，当该车辆转弯时允许两半轴旋转速度不同。第一半轴38和第二半轴40分别驱动第一车轮齿轮总成42和第二车轮齿轮总成44，两车轮齿轮总成又分别驱动第一轮端总成46和第二轮端总成48。
第一轮端总成46和第二轮端总成48各自包括一支撑所述轮胎总成24的轮毂50。轮胎总成24可以因车辆类型而异而包括位于各轮端总成46和48处的单轮胎或者多个轮胎。
在倒转门式轴结构中，输入26是偏置的，也就是靠轮端总成46、48中的一个比另一个近。这意味着第一半轴38和第二半轴40中的一轴比另一轴明显要长。如图1所示，驱动轴32确定一纵向的旋转轴线52而半轴38和40确定与纵向的旋转轴线52成横向关系的半轴旋转轴线54。一轴箱58包绕并封装半轴38和40并在车辆下从第一轮端总成46延伸到第二轮端总成48。由于输入26的偏置，纵向旋转轴线52也偏置，即与车辆纵向中心线56间隔开。这种结构允许车辆地板(未示出)可以竖直地低于传统驱动轴结构的车辆车底。这对载客车辆特别有用，如公共汽车。
图2中示出倒转门式驱动轴总成12的立体图。每一轮端总成46和48确定一相对地面竖直地高于半轴旋转轴线54的车轮旋转轴线60。因此，驱动输入功率或扭矩从竖直高度较低处的输入26传输到竖直高度较高处的轮端总成46和48。传输是通过车轮第一齿轮总成42和车轮第二齿轮总成44实现的。
输入26和差动齿轮总成36在图3中更详细地示出。如以上所讨论的，输入26包括一驱动环形齿轮34的小齿轮30。一轭总成62将支撑小齿轮30的轴64连接至驱动轴32。用螺栓将环形齿轮34固定在差速箱66中以支撑四腿轴68(仅两腿示出)。在轴68的各腿支撑有一小齿轮70。小齿轮70与通过花键安装于半轴38和40上的侧齿轮72啮合。
半轴38和40各自驱动第一车轮齿轮总成42和第二车轮齿轮总成44其中之一。第一车轮齿轮总成42和第二车轮齿轮总成44优选地是斜齿轮总成，每一车轮齿轮总成均包括由半轴38、40之一驱动的一小齿轮或车轮输入驱动齿轮74，如图4所示。输入驱动齿轮74与一对斜齿惰轮76啮合，惰轮76又与斜齿从动齿轮或轮输出从动齿轮78啮合。齿轮74、76、78均封装在由轴箱58支撑的齿轮箱80中。必须说明图4所示斜齿轮总成仅仅是齿轮总成的一实例，其它本领域已知的齿轮总成也一样可用。
输出从动齿轮78驱动连接到轮毂50的轮轴82。轮轴82确定一车轮旋转轴线60。齿轮总成42和44将驱动输入从竖直高度较低的半轴38和40提升到竖直高度较高的轮轴82。车轮旋转轴线60和半轴旋转轴线54平行间隔开，与纵向旋转轴线52成横向关系。因此，输入驱动齿轮74和半轴旋转轴线54同轴，输出从动齿轮78和车轮旋转轴线60同轴。
如图5A和5B所示，每一轮轴82都包括一具有第一端面86和第二端面88的圆柱形轴体84。一横向延伸孔90在轴体84内形成一与气源14成流体连通的流体通道。孔90优选地与车轮旋转轴线60同轴并贯穿轮轴82的整个长度。孔90有一形成于第一端面86处与气源14流体连通的流体入口92。孔90还有一形成于第二端面88处与轮胎总成24流体连通的流体出口94。流体入口92和流体出口94均与孔90同轴。
第二端面88包括一径向延伸由多个紧固件98安装至轮毂50的一个端面的凸缘部分96。轮毂50由一对车轮轴承100可旋转地支撑以可相对一由齿轮箱80支撑的不旋转轴102旋转。
一T形连接器与软管总成104安装于轮轴82的第二个端面88。T形连接器与软管总成104将空气从孔90输送到轮胎总成24。在所披露的具体实施例中，T形连接器与软管总成104包括一连接在轮轴82带螺纹部分108内的螺纹体部分106。虽然螺纹连接是优选的，其它本领域已知的连接器与软管总成及任何已知的连接方式均可用于实现从第二末端面88到轮胎总成24的空气连接。
采用一气源元件总成110来将气源14连接至轮轴82的第一端面86。在图5所示具体实施例中，气源元件总成110包括一安装为随轮轴82一起旋转的管112、一对安装在管112内的弹性密封114、和一安装至不旋转的轮或轴元件(如轴箱58)的气源针116。管112包括一拧进一形成于轮轴82的第一端面86内的辅助孔120的螺纹端部118。辅助孔120的直径大于孔90的直径。气源针116包括一固定在轴箱58上的带螺纹底座部分122和一从底座部分122延伸出来的空心的针部分124。针部分124延伸进入并通过密封114和管112弹性接合。
当轮胎压力下降而低于预定水平时，空气从气源14通过针部分124进入孔90。然后空气从孔90经过T形连接器与软管总成104而流入轮胎总成24。
这种结构提供了一种密封的旋转连接将空气从不旋转部件传输到旋转部件。此外，这种结构不需要在轮毂50或轴102中钻流体通道就能实现空气传输。
在图6中的130处示出一气源元件总成的替代实施实例。气源元件总成130包括一弹性轴封总成132，弹性轴封总成132容纳在形成于轮轴82的第一末端面86中的辅助孔134内。辅助孔134的直径大于孔90的直径且与其同轴。辅助孔134包括一带螺纹部分136和一密封底座部分138。
确定一中心孔142的压紧螺母140具有能与孔螺纹部分136紧密配合的外螺纹部分144。轴封总成132安装在底座部分138上并由压紧螺母140保持在适当位置。因此，气封总成132和压紧螺母140安装为随轮轴82一起旋转。
一类似于以上描述的气源针146安装在轴箱58上。气源针146包括一固定在轴箱58上的螺纹底座部分148和一从底座部分148延伸出的空心针部分150。针部分150延伸通过中心孔142进入孔90。针部分150穿透或插入形成于轴封132内的小孔以便轴封132和针部分150弹性啮合以形成一密封的旋转连接。气流从气源14，经过软管压力管线20和针部分150进入到孔90。
一气源单元的替代实施实例大致示于图7的160处。气源单元160包括一密封体162，密封体162容置于形成于轮轴82第一端面86内的辅助孔164之内。辅助孔164直径大于孔90的直径且与其同轴。密封体162安装为随轮轴82一起旋转且包括一置于密封体162和辅助孔孔壁168之间的外密封166。密封体162确定一与孔90流体连通的内孔170。一对密封172安装在内孔170中。
一类似于以上描述的气源针174安装至轴箱58。气源针174包括一固定至轴箱58的带螺纹底座部分176和一从底座部分延伸出的空心针部分178。针部分178延伸穿过内孔170进入孔90。针部分178弹性地与密封172结合形成一密封的旋转连接。空气从气源14流出，经过软管压力管线20和针部分178进入孔90。
如图8所示，密封体162包括一绕密封体162的外表面182圆周地形成的外凹槽或沟槽180。外密封166容置于沟槽180中。一对内凹槽或沟槽184圆周地形成于密封体162的内孔壁186内。密封172容置于沟槽184中。优选地，外密封166是一大的O形密封圈而密封172为一较小的O形密封圈，当然也可以采用本领域中已知的其它相似类型的密封圈。一卡环188把密封体162保持在适当的位置。
图5-8示出各种类型的气源元件总成，应该了解的是其它气源元件总成也能用来提供不旋转轴箱58到旋转轮轴82之间的密封旋转连接。通过形成一延伸穿过旋转轮轴82中心的孔90，得到一种提供用于倒转门式驱动轴的CTI系统10的简单方法。这种结构中，孔90与气源14之间的接合能够简单容易地安装。还有，相对较短的轮轴82用来为传统轴结构和成组车轮轴承结构提供一容易密封的独孔90。系统10维护简单，维修或替换任何CTI系统元件时不需要卸下轮毂50。与传统CTI系统相比，本发明使用小、简单且不昂贵的元件。
尽管披露了本发明的一优选具体实施例，但本领域的普通技术人员都会认识到可在本发明的范围内进行一定的改变。因此，必须研究权利要求来确定本发明的真正范围和内容。
权利要求
1.一种用于轮端总成的轮胎充气系统，其包括一可运转地连接到驱动动力源的输入；一由所述输入驱动的输出，所述输出包括一连接到一轮毂并绕车轮轴线旋转的轮轴，其中该轮轴包括一横向延伸孔，该孔具有一与一气源流体连通的第一端、以及一与安装为随所述轮毂一起旋转的轮胎总成流体连通的第二端；和一密封总成，其与所述横向延伸孔的所述第一端配合而提供一从所述气源延伸穿过所述孔并到达所述轮胎总成的密封气路。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述轮轴包括一确定一与所述气源连通的流体入口的第一端面和一确定一与所述轮胎总成连通的流体出口的第二端面，所述横向延伸孔贯穿所述轮轴从第一端面到第二端面的整个长度。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述横向延伸孔与所述车轮轴线平行。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述流体入口和所述流体出口均与所述孔同轴。
5.如权利要求2所述的系统，包括一气源元件，该元件具有一与所述气源流体连通并安装至一不旋转车轮元件上的底座构件、和一从所述底座构件延伸穿过所述密封总成并进入所述横向延伸孔的空气导管。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述密封总成包括一容置于所述横向延伸孔内并安装为随所述轮轴旋转的弹性轴封；一压紧螺母，其安装至所述轮轴的所述第一端面并确定一螺母内孔，其中所述空气导管延伸穿过该螺母内孔并由所述弹性轴封接合以确定一密封界面。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述轮轴包括一处于所述第一端面处的辅助孔，所述辅助孔的直径大于所述横向延伸孔的直径，并且其中所述密封总成包括一个确定一内密封孔的密封体、至少一个容置于该内密封孔内的内密封、以及至少一个环绕所述密封体外表面的外密封，所述密封体安装在所述辅助孔内且所述空气导管延伸穿过所述内密封孔以密封地接合所述的至少一个内密封。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述密封体包括一环绕所述外表面的槽以容纳所述外密封并确立所述密封体和所述辅助孔之间的密封接合，其中所述的至少一内密封包括安装在形成于所述内密封孔内的第一和第二沟槽之内的第一和第二O形圈，所述第一和第二O形圈位于所述至少一外密封的相对侧。
9.如权利要求5所述的系统，其中所述密封总成包括一安装在所述第一端面处且可随所述轮轴一起旋转的管、以及至少一个容置于所述管内的弹性密封，所述空气导管延伸穿过该管以密封地接合所述至少一个弹性密封。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述输入包括一确定半轴旋转轴线的半轴，该旋转轴线平行于所述车轮轴线且与之间隔开。
11.一种用于驱动轴的轮胎充气系统，包括一连接到驱动动力源并确定一纵向轴线的输入；第一和第二轮轴，其由所述输入驱动并确定一与所述纵向轴线横交的车轮轴线；第一和第二轮毂，其由所述第一和第二轮轴驱动绕所述车轮轴线旋转，所述第一和第二轮毂各用于支撑一轮胎总成，其中所述第一和第二轮轴各包括一具有第一端面和第二端面的圆柱轴体，一流体通道延伸贯穿所述圆柱轴体从第一端面到第二端面的整个长度，在第一端面处确定一与所述气源流体连通的流体入口并在第二端面处确定一与所述轮胎总成流体连通的流体出口；以及第一和第二密封总成，其与所述第一和第二轮轴中每一个的所述第一端面配合而提供一从所述气源延伸穿过所述流体通道到达所述轮胎总成的密封气路。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一和第二轮轴各包括一安装至不旋转轴元件的气源元件，所述气源元件包括一与所述气源流体连通的底座构件和一空气导管，该空气导管从所述底座构件延伸穿过所述第一和第二密封总成中相应的一个进入所述流体通道。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述第一和第二轮轴各包括一形成于所述第一端面处的孔，所述孔的直径大于所述流体通道的直径并与其同轴，其中所述第一和第二密封总成各包括一个至少部分地容置于所述孔内可随所述第一和第二轮轴中的相应一个一起旋转的密封支撑构件、以及至少一个和所述密封支撑构件配合而密封地接合所述空气导管的弹性密封构件。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述输入包括一可运转地连接并驱动所述第一轮轴的第一半轴、以及一可运转地连接并驱动所述第二轮轴的第二半轴，所述第一和第二半轴确定一平行所述车轮轴线且与之间隔开的半轴旋转轴线，且所述第一和第二轮轴的各流体通道均与所述车轮轴线平行。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述流体入口和流体出口与所述流体通道同轴。
16.一种用于门式驱动轴的轮胎充气系统，包括一连接到一驱动动力源并确定一纵向轴线的输入；一由所述输入驱动的差速器；第一和第二半轴，其可运转地连接到所述差速器并确定一横交于所述纵向轴线的驱动轴轴线；由所述第一和第二半轴驱动的第一和第二车轮齿轮组；由所述第一和第二车轮齿轮组驱动的第一和第二轮轴，所述第一和第二轮轴确定一与所述纵向轴线横交且与所述驱动轴轴线平行并间隔开的车轮轴线。第一和第二轮毂，由所述第一和第二轮轴驱动而围绕所述车轮轴线旋转，所述第一和第二轮毂各用于支撑一轮胎总成，其中所述第一和第二轮轴各包括一于内部形成的流体通道，该流体通道具有一与气源流体连通的流体入口和一与所述轮胎总成流体连通的流体出口；和第一和第二密封总成，其与所述第一和第二轮轴的各流体入口配合一起提供一从所述气源延伸穿过所述于内部形成的流体通道到达各轮胎总成的密封气路。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述车轮轴线相对于地面竖直地高于所述驱动轴轴线。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述第一和第二半轴中的一个明显长于所述第一和第二半轴中的另外一个。
19.如权利要求16所述的系统，其中所述第一和第二轮轴各包括一具有第一和第二端面的圆柱轴体，且所述于内部形成的流体通道从所述第一端面到所述第二端面延伸贯穿所述圆柱轴体整个长度，在所述第一端面处确定所述流体入口并在所述第二端面处确定所述流体出口。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述第一和第二轮轴各包括一安装至不旋转车轴元件的气源元件，所述气源元件包括一与所述气源流体连通的底座构件和一空气导管，该空气导管从所述底座构件延伸穿过所述第一和第二密封总成中相应的一个进入所述于内部形成的流体通道。
全文摘要
一种用于门式驱动轴总成的轮胎充气系统，其包括形成于旋转轮轴里的流体流动通道，旋转轮轴驱动一对轮端总成。门式驱动轴总成包括一驱动一对半轴的驱动输入。车轮齿轮总成可运转地将各半轴连接到相应的轮轴。所述车轮齿轮总成将驱动力从半轴传输到相对于半轴处于不同竖直高度的轮轴。各轮轴的第一端与车辆气源流体连通，而第二端与轮胎总成流体连通。密封总成在轮轴的第一端处安装为随轮轴一起旋转。一气源针安装至不旋转车轴结构且包括一与气源流体连通的底座构件和一从底座部件延伸穿过密封总成进入流体流动通道的空心针体。因此，空气通过从气源经过旋转轮轴到达轮胎总成而在一密封环境下选择性地输送到轮胎总成的。
文档编号B60C23/00GK1647959SQ20051000225
公开日2005年8月3日 申请日期2005年1月20日 优先权日2004年1月27日
发明者布赖恩·D·海斯, 劳伦斯·D·布里尔 申请人:阿文美驰技术有限责任公司