轮框架、轮组件和轮毂的制作方法与工艺

本发明的实施例涉及轮驱动组件，并且更特别地，涉及用于在非公路车辆的轮驱动组件中使用的轮框架。

背景技术：
大型非公路车辆(“OHV”)(诸如用于拖运从露天采矿场挖掘的重有效载荷的矿用车辆)为众所周知的，并且通常采用机动轮来以能量有效的方式推进车辆或使车辆减速。该效率典型地通过与交流发电机、主牵引逆变器和容纳在车辆的后轮胎内的一对轮驱动组件结合采用大马力柴油发动机而实现。柴油发动机与交流发电机直接相关，使得柴油发动机驱动交流发电机。交流发电机为主牵引逆变器提供动力，该主牵引逆变器向两个轮驱动组件的驱动电动马达供应具有受控电压和频率的电力。每个轮驱动组件容纳行星齿轮传动件，其将相关的驱动马达的旋转能转换成供应至后轮的高转矩低速旋转能输出。非公路车辆(OHV)中的典型操作载荷可超过100吨，而车辆和载荷的总重量可为数百吨。单个轮驱动组件的重量可超过10吨，并且轮驱动组件的惯性可整体影响车辆的操作。因此，合乎需要的是，在维持支承和移动整个重型车辆的强度的同时减轻轮驱动组件重量。OHV轮驱动组件内的大型构件制作为焊接件，即，构件锻造、弯曲或迫压为单独的件，其接着通过焊接接合。这种焊接件可包括例如使轮驱动组件连结于OHV框架或轴箱的轮框架，以及轮胎安装至其的轮毂。虽然焊接件可以以相对低的成本制造成非常复杂的形状，并且由此优选为实现仅在需要承载载荷之处放置材料，但是非常大的焊接接头的充分热处理有时具有挑战性，并且这种接头难以制作。因此，合乎需要的是，提供在不会过于复杂而需要焊接制作的情况下成形为最小化非载荷支承材料的整体式轮组件构件。

技术实现要素：
在本发明的一个实施例中，一种用于车辆的轮框架具有整体式柱形本体。轮框架的本体包括环绕轮轴线并从一体地形成的安装凸缘延伸至开口的毂端的径向向内面向的表面和径向向外面向的表面。本体的径向向内面向的表面包括在本体的毂端附近的部分，其扩大用于接收电动马达组件的至少一部分。在本发明的另一个实施例中，一种用于车辆的轮组件包括整体式柱形轮框架和操作性地连接以相对于轮框架旋转的整体式柱形轮毂。整体式轮框架具有环绕轮轴线并从一体地形成的安装凸缘延伸至开口的毂端的径向向内面向的表面和径向向外面向的表面，轮框架的径向向内面向的表面在毂端附近包括适合容纳电动马达组件的部分。整体式轮毂配置在轮框架的毂端周围，并且包括构造成接收用以将轮毂固定至轮辋的螺栓的至少一个钻孔。在本发明的另一个实施例中，一种用于车辆的轮毂具有整体式柱形本体，其具有带有一体地形成的凸缘的第一端部和与第一端部相对的第二端部。整体式本体包括构造成接收用以将轮毂固定至轮辋的紧固件的多个钻孔。在本发明的又一个实施例中，车轮可通过将转矩管安装在整体式铸造轮框架的毂端上面，将整体式铸造轮毂的凸缘部固定至转矩管并将第一轮辋螺栓连接至整体式铸造轮毂的凸缘部而装配。在本发明的上下文中，“整体式”指单块的或另外以单件材料制造的构件。“一体地形成”指单件制造的单块或无缝构件，即使构件可具有不同的功能或物理构型。附图说明本发明从参考附图阅读非限制性实施例的下列描述将更好理解，其中，在下面：图1是OHV的透视图。图2是示出图1中示出的OHV的轮驱动组件的局部透视剖面图。图3和图4是用于与根据本发明的实施例的轮框架和轮毂组件一起使用的图2中示出的轮驱动组件的局部侧视图和端视透视图。图5是图3-4中示出的轮驱动组件的侧视截面图，描绘了根据本发明的实施例的轮框架和轮毂组件。图6是图5中示出的轮框架的毂端的透视图。图7是沿着视图平面7-7截取的图6中示出的轮框架的侧视截面图。图8是图6-7中示出的轮框架的安装端部的透视图。图9是图5中示出的轮驱动组件的外侧端轮毂的透视图。图10是图9的轮毂的内侧端的透视图。具体实施方式下面将详细提及本发明的示例性实施例，其实例在附图中示出。在可能的情况下，遍及附图使用的相同附图标记指相同或同样的部分。发明的轮框架18和轮毂22的实施例构造用于与如图1和图2中描绘的OHV10的轮组件16一起使用。OHV10支承在成对的双后驱动轮胎组件12和单前转向轮胎组件14上。如图2所示，每对后驱动轮胎组件12安装在轮组件16上。参考图3和图4，每个发明的轮组件16包括轮框架18、转矩管20和轮毂22，轮毂22紧固至转矩管并且可旋转地支承在轮框架上。在一些实施例中，转矩管螺栓连接至轮毂22，轮胎组件12可螺栓连接至轮毂22，如在本文中进一步讨论的。转矩管20和轮毂22通过如在下面进一步讨论的行星齿轮组操作性地连接于轮框架18，使得轮毂22和轮框架18能够互相旋转。在使用中，轮框架18固定地安装至OHV10，使得轮毂22相对于OHV10旋转。在轮毂22轴向附近，制动器组件24固定地安装至轮框架18，但是不紧固至轮毂。与制动器组件24轴向地相对，齿轮盖25安装到轮框架18上。每个轮组件16可经由设置在轮框架18上的安装凸缘26螺栓连接至车辆10。轮框架18从安装凸缘26经大体锥形或双曲线过渡部28径向地渐缩至图5中示出的主柱形或大致柱形筒部。“大体”意味着过渡部28具有锥形或双曲线形状，除了正常制造实践引起的表面瑕疵或偏差和包括偏离大体形状的有意特征之外。例如，过渡部28可包括凸肩、凹槽、切口、孔洞、穿透部和从理想锥形或双曲线形状分叉的其它功能特征，如在下面进一步讨论的。在轮框架18的过渡部28上，油封环30固定至轮框架18。转矩管20配置在轮框架18的筒部的径向向外面向的表面周围。如描绘的，转矩管20包括齿圈34，其与轮框架18的过渡部28附近的小齿轮接合。转矩管20还包括管部36，其从齿圈34沿着轮框架延伸至螺栓连接至轮毂22的毂凸缘38。因此，转矩管20支承在小齿轮(在图5中示出)和轮毂22上。在齿圈34邻近油封环30的端部上，互补的密封体32紧固至转矩管20并且与其一起旋转。发明的轮毂22的实施例包括具有肋部46的筒44，其从内侧端40延伸至外侧端48。内侧端40螺栓连接至转矩管20的毂凸缘38。轮毂22还包括轮辋凸缘42，其在轮毂的内侧端40周围径向向外突出。图5是示出轮组件16的多个构件和它们与发明的轮毂22和轮框架18的实施例的关系的侧视截面图。如示出的，在轮毂22的内侧端40和外侧端48处，内侧轴承51a和外侧轴承51b分别设置成使轮毂支承在轮框架18的筒部52上。轮框架18的筒部52从过渡部28延伸至制动器组件24安装至其的环形毂端表面53。在毂端表面53附近，电动马达54容纳在轮框架18的内部。电动马达54包括定子56和转子58，轴60从定子56和转子58朝向紧接轮框架18的安装凸缘26的第一端部且朝向制动器组件24内的第二端部突出。在制动器组件24内，制动器转子62安装到轴60的第二端部上。在轮框架18内，太阳齿轮轴64花键连接至轴60的第一端部。太阳齿轮轴64形成为包括居中地容纳在齿轮盖25内的太阳齿轮66。太阳齿轮66与承载在与小齿轮70共同的轴上的多个行星齿轮68啮合，小齿轮70与转矩管齿圈34的内齿啮合。在选定的实施例中，存在三个行星齿轮68和三个小齿轮70。转矩管20支承在小齿轮与轮毂22之间。提及轮毂22，内侧轮胎组件12a(部分地示出)螺栓连接至轮辋凸缘42。在轮毂22的外侧端48处，毂转接器72螺栓连接至轮毂22，而外侧轮胎组件12b(部分地示出)螺栓连接至毂转接器72。图6-8详细地描绘发明的轮框架18的实施例。轮框架18例如通过铸造过程形成为整体或无缝结构。轮框架18的过渡部28与安装凸缘26和筒部52一体地形成，并且包括适合例如通过螺栓附接接收可安装的油封环32的环形凸肩74。任选地，垫片可安装在油封环32与环形凸肩74之间。在过渡部28与毂端表面53之间，筒部52的圆周和厚度为大体恒定的。然而，在毂端表面53附近，轮框架18的径向向内面向的表面的一部分可扩大用于接收牵引电牵引马达54。在毂端表面53处，多个螺纹孔80形成用于接收用以如图5所示地附接制动器组件24的螺栓。轮框架18的过渡部28还限定从轮框架18的径向向内面向的表面延伸至过渡部28的径向向外面向的表面的多个小齿轮开口或孔口82。在一些实施例中，三个小齿轮孔口82设置在适合接收待容纳在轮框架18内的行星齿轮组的小齿轮70的位置处，如图5所示。每个小齿轮孔口82限定行星轴轴承座84，并且包括径向向外凹陷的杯状部86，杯状部86为行星轴轴承座84提供径向的结构刚性，同时还设置用于小齿轮70与安装在轮框架18上面的齿圈34的内齿接合，如图5所示。在每个小齿轮孔口附近并与其对齐，行星轴底座88形成为单块轮框架18的显著变厚部分。如在图7中特别地示出的，行星轴底座88可周向地间隔，而不形成为连续变厚的环绕着轮框架18的部分。在选定的实施例中，小齿轮孔口82和行星轴底座88对称地周向地间隔并且互相轴向对齐。然而，在本发明的一些实施例中，小齿轮孔口可形成在偏离对称地对齐的地点的位置处。使杯状部86与行星轴底座88周向地间隔可通过减少铸造金属定型所需的时间而有助于铸造轮框架18。然而，周向地间隔的杯状部86可为行星轴轴承座84提供比可从容纳小齿轮孔口82的连续厚环获得的抗扭刚性小的抗扭刚性。因此，支承环90(在图8中最佳地示出)设置成与凹陷杯状部86中的每一个结构相关，包封多个小齿轮孔口82。支承环90提供了用于支持齿轮盖25与容纳在轮框架18中的行星齿轮组对齐的方便结构。再次提及如图6所示的轮框架18的筒部52，第一外轴承表面92和第二外轴承表面94分别形成在行星轴底座88附近或紧接行星轴底座88和在毂端表面53附近。在一些实施例中，第一外轴承表面92形成在筒部52的紧接行星轴底座88的第一轴向区域内，该第一轴向区域从行星轴底座88朝向毂端53沿着筒部52的大约三分之一轴向地延伸。在一些实施例中，第二外轴承表面94形成在筒部52的紧接毂端表面53的第二轴向区域内，该第二轴向区域从毂端表面53朝向行星轴底座88沿着筒部52的大约三分之一轴向地延伸。转向图7的侧视截面图，轮框架18的筒部52包括径向向内面向的表面96，其在毂端表面53附近的一部分定尺寸用于电动马达54的安装，如图5所示。参考图9和图10，描绘了发明的轮毂22的实施例。如示出的，轮毂22的筒44和肋部46从内侧端40延伸至外侧端48。在本发明的实施例中，轮毂22形成为整体式或单块铸造本体。筒44为柱形或大致柱形，并且具有针对配合在轮框架18的筒部52周围的狭窄间隙(不干扰，不滑动)选择的、配置在内径处的径向向内面向的表面。内侧端40的径向向内面向的表面从筒44的内径向外扩张，以提供用于接收内侧轴承51a的环形内侧轴承空间45a，如在上面参考图5讨论的。相似地，外侧端48的径向向内面向的表面也向外扩张，以提供用于接收外侧轴承51b的环形外侧轴承空间45b，如在上面参考图5讨论的。螺纹孔41朝向外侧端48轴向地攻螺纹到内侧端40中，用于转矩管20与轮毂22的螺栓附接。钻孔43轴向地延伸穿过轮辋凸缘42用于内侧轮12a的螺栓附接。钻孔43可车螺纹用于螺纹紧固件的连接，或者为平滑的以容许螺纹或非螺纹紧固件的穿过。在本发明的某些实施例中，滚花双头螺栓(knurlstud)的滚花端部配合到钻孔43中，其中，螺纹端部朝向外侧端48突出。螺纹孔49朝向内侧端40轴向地攻螺纹到外侧端48中用于毂转接器72的螺栓附接。在一些实施例中，孔和钻孔41、43、49以对称方式周向地间隔，并且在选定实施例中不互相对齐。为了减轻重量，减小筒部的厚度，以使径向地突出的肋部46在内侧端40与外侧端48之间传递相当大一部分的扭转和弯曲载荷。在选定的实施例中，肋部46传递大约大部分扭转载荷和大约大部分弯曲载荷。在某些实施例中，肋部46传递多于大约75%的扭转和弯曲载荷。“大约”意味着，在用于非公路车辆构件的常规制造和测量公差内，肋部46承载规定载荷部分或超出该规定载荷部分。在使用中，本发明的实施例可包括具有整体式柱形本体的轮框架，该整体式柱形本体具有环绕轮轴线并从一体地形成的安装凸缘延伸至开口的毂端的径向向内面向的表面和径向向外面向的表面。本体的径向向内面向的表面可包括在本体的毂端附近的部分，该部分扩大用于接收电动马达组件的至少一部分。发明的本体可包括在安装凸缘附近的、从径向向内的表面到径向向外的表面开口的多个小齿轮孔口。本体可包括从安装凸缘朝向毂端径向地渐缩的过渡部，其中，多个小齿轮孔口在周向地对称的地点处延伸穿过过渡部。多个行星轴底座可形成在轮框架的邻近多个小齿轮孔口并与其对齐的部分上。过渡部还可在小齿轮孔口的径向外部或者在小齿轮孔口与安装凸缘之间包括构造成接收可安装的油封件的环形凸肩。框架可包括与小齿轮孔口中的每一个的凹陷杯状部结构相关的支承环。在过渡部与毂端之间，框架还可包括围绕轮轴线从轮框架延伸的筒部，筒部包括至少一个轴承凸肩。例如，筒部可包括邻近过渡部形成在筒部的径向向外面向的表面上的第一外轴承凸肩和紧接毂端形成在筒部的径向向外面向的表面上的第二外轴承凸肩。可选地或另外，筒部可包括邻近过渡部形成在筒部的径向向内面向的表面中的第一内轴承凸肩。在其它实施例中，发明的设备还可包括车轮组件，其包括整体式柱形轮框架和整体式柱形轮毂。发明的轮框架具有环绕轮轴线并从一体地形成的安装凸缘延伸至开放的毂端的径向向内面向的表面和径向向外面向的表面，轮框架的径向向内面向的表面在毂端附近包括适合于容纳电动马达组件的部分。发明的轮毂具有整体式柱形筒，并且安装在轮框架的毂端周围并且操作性地连接以相对于轮框架旋转。整体式轮毂包括构造成接收用以将轮毂固定至轮辋的螺栓的至少一个钻孔。整体式轮毂的柱形内部可包括构造成接收轴承箱的至少一个台肩部或轴承空间。整体式轮毂还包括凸缘部，其可包括构造成接收用以将轮毂固定至转矩管的多个第一钻孔和构造成将轮毂固定至第一轮辋的多个第二钻孔。整体式轮毂还具有在毂与凸缘部相对的远端处的端部部分。轮毂的端部部分可包括构造成将轮毂固定至第二轮辋的多个第三钻孔。在一些实施例中，整体式轮毂是一件式铸件。发明的轮组件还可包括通过螺栓可移除地固定至整体式轮毂的凸缘的至少一个轮辋。本发明的选定实施例还可包括安装到轮框架的毂端中的电动马达组件。在其它实施例中，发明的设备可包括单块或一体地形成的车轮毂，其包括具有带有一体地形成的凸缘的第一端部和与第一端部相对的第二端部的整体式柱形铸造本体。整体式柱形铸造本体包括构造成接收用以将轮毂固定至轮辋的紧固件的多个钻孔。整体式柱形铸造本体具有可包括构造成限定用以接收轴承箱的轴承空间的至少一个台肩部的内部。整体式轮毂上的凸缘可包括构造成接收用以将轮毂固定至转矩管的紧固件的多个第一钻孔和构造成接收用以将轮毂固定至第一轮辋的紧固件的多个第二钻孔。整体式柱形铸造本体的第二端部可包括构造成接收用以将轮毂固定至第二轮辋的紧固件的多个第三钻孔。另一个实施例涉及用于通过将转矩管安装至整体式铸造轮框架的毂端并将整体式铸造轮毂的凸缘部固定至转矩管而装配车轮的方法。发明的方法还包括将第一轮辋螺栓连接至整体式铸造轮毂的凸缘部。另外，装配方法可包括将第二轮辋螺栓连接至整体式铸造轮毂的端部部分，端部部分与凸缘部相对。该方法的选定实施例包括在将轮毂的凸缘部固定至转矩管之前将至少一个轴承放置在整体式铸造轮毂内。发明的方法还可包括将牵引马达和轴安装在轮框架内，以及将至少一个齿轮放置在轮框架内与轴匹配接合。本文中的某些实施例提及铸造轮构件。铸造为如下制造过程，通过该过程，液态材料通常灌注到包含期望形状的空腔的模具中，并且接着被允许固化。固化的部分也被称为铸件，其从模具排出或取出以完成该过程。本领域技术人员将理解，以上描述意图为说明性而非限制性的。例如，以上描述的实施例(和/或其方面)可彼此组合地使用。另外，可作出许多修改以使具体情况或材料适合本发明的教导而不背离本发明的范围。虽然本文中描述的材料的尺寸和类型意图限定本发明的参数，但是它们决不加以限制并且为示例性实施例。在审阅以上描述之后，许多其它实施例对本领域技术人员而言将为显而易见的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求和对这些权利要求赋予的等同物的完整范围来确定。在所附权利要求中，用语“包括”和“其中”用作相应用语“包括”和“其中”的易懂英语等同物。此外，在下列权利要求中，用语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”等仅用作标记，并且不意图对它们的对象施加数值或位置要求。此外，下列权利要求的限制不以器件加功能的格式书写，并且不意图基于美国法典第35条112款第六段来解释，除非并且直到这些权利要求限制清楚地使用短语“用于…的器件”，接着陈述功能而没有另外的结构。该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。如本文中使用的，以单数叙述并前接用词“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地陈述这种排除。此外，本发明对“一个实施例”的提及不意图解释为排除也并入叙述的特征的附加实施例的存在。此外，除非相反地明确陈述，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施例可包括不具有该特性的附加的这种元件。因为可在以上描述的整体式轮框架、整体式轮毂、组件和装配方法中作出某些改变而不背离本文中涉及的本发明的精神和范围，所以意图是以上描述或在附图中示出的所有主题应该仅被解释为说明本文中的发明构思的实例，而不应该被理解为限制本发明。