花键轴联接装置.pdf

本发明涉及一种花键轴联接装置。花键轴联接部包括：内轴，该内轴具有至少一个外部花键；和外轴，该外轴具有外部空腔，该外部空腔被构造成接纳所述内轴并在连接界面处与所述内轴配合，所述外轴具有被构造成在轴联接部处与所述外部花键接合的至少一个内部花键。内轴和外轴中的至少一者具有位于连接界面的通道。在该通道中布置密封件。该密封件具有至少一个流体通路，该流体通路被构造成以限定速率对到达花键联接部的流体进行计量。

权利要求书
1.  一种花键轴组件，该花键轴组件包括：
内轴，该内轴具有位于外表面处的至少一个外部花键；
外轴，该外轴具有内部空腔，该内部空腔被构造成接纳所述内轴并且在连接界面处与所述内轴配合，所述外轴具有位于内表面处的至少一个内部花键，所述至少一个内部花键被构造成在花键联接部处与所述内轴的所述至少一个外部花键接合；
通道，该通道位于所述内轴和所述外轴中的至少一者中并且位于所述连接界面处；以及
密封件，该密封件被构造成至少部分地被接纳在所述通道内，所述密封件限定流体通路，所述流体通路被构造成用来对到达所述花键联接部的流体进行计量。

2.  根据权利要求1所述的花键轴组件，其中，所述密封件具有内表面、外表面、第一侧面和第二侧面。

3.  根据权利要求2所述的花键轴组件，其中，所述流体通路位于所述内表面和所述第一侧面的相交处。

4.  根据权利要求3所述的花键轴组件，其中，所述流体通路仅仅部分地在所述第一侧面和所述第二侧面之间沿着所述内表面延伸。

5.  根据权利要求3所述的花键轴组件，其中，所述流体通路仅仅部分地在所述内表面和所述外表面之间沿着所述第一侧面延伸。

6.  根据权利要求1所述的花键轴组件，其中，所述通道具有矩形横截面，并且其中所述密封件具有矩形横截面。

7.  根据权利要求5所述的花键轴组件，其中，所述密封件的内径大于所述通道的内径，使得在所述密封件的所述内表面与所述通道之间形成间隙。

8.  一种用于计量到达花键联接部的润滑剂的方法，该方法包括如下步骤：
提供花键轴组件，该花键轴组件包括：
内轴，该内轴具有至少一个外部花键；
外轴，该外轴具有内部空腔，该内部空腔被构造成接纳所述内轴并在连接界面处与所述内轴配合，所述外轴具有位于内表面处的至少一个内部花键，所述至少一个内部花键被构造成在花键联接部处与所述内轴的所述至少一个外部花键接合；和
通道，该通道位于所述内轴和所述外轴中的至少一者中并且位于所述连接界面处；
将密封件定位在所述通道中，所述密封件具有流体通路，该流体通路被构造成用于以预定速率对到达所述花键联接部的流体进行计量；以及
向所述密封件的至少一个侧面提供流体源。

9.  根据权利要求8所述的方法，其中，所述密封件是具有内表面、外表面、第一侧面和第二侧面的对称环形密封件。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中，所述流体通路仅仅部分地在所述第一侧面和所述第二侧面之间沿着所述内表面延伸。

11.  根据权利要求9所述的方法，其中，所述流体通路仅仅部分地在所述内表面和所述外表面之间沿着所述第一侧面延伸。

12.  根据权利要求9所述的方法，其中，所述流体通路位于所述内表面和所述第一侧面之间的相交处。

13.  根据权利要求8所述的方法，其中，由所述通道限定的区域具有矩形横截面，并且其中所述密封件具有矩形横截面。

14.  根据权利要求12所述的方法，其中，所述密封件的内径大于所述通道的内径，使得在所述密封件的所述内表面与所述通道之间形成间隙。

15.  一种用于花键轴组件的密封件，该密封件包括具有第一侧面、第二侧面、内表面、外表面和矩形横截面的对称环形结构，
其中，所述密封件具有至少一个流体通路并且被构造成以规定速率对到达花键联接部的流体进行计量。

16.  根据权利要求15所述的密封件，其中，所述流体通路仅仅部分地在所述内表面和所述外表面之间沿着所述第一侧面延伸。

17.  根据权利要求15所述的密封件，其中，所述流体通路仅仅部分地在所述第一侧面和所述第二侧面之间沿着所述内表面延伸。

18.  根据权利要求16或17所述的密封件，其中，所述流体通路位于所述内表面和所述第一侧面的相交处。

19.  根据权利要求16或17所述的密封件，其中，所述流体通路形成凹入表面，该凹入表面在所述内表面和所述第一侧面的相交处具有最大径向尺寸。

20.  根据权利要求15所述的密封件，其中，所述密封件具有正方形横截面。

说明书花键轴联接装置
技术领域
该公开涉及花键轴连接，更具体而言涉及一种用于在花键轴之间提供密封件以改进润滑的系统和方法。
背景技术
在通过一个或多个花键联接部彼此传递转矩的两个轴之间提供润滑通常比较困难。为了提高花键寿命，可以在花键之间冲刷润滑剂。为了有效使用润滑剂，应该对被冲刷而通过花键的润滑剂的量进行计量和/或控制。尽管向花键联接部提供润滑剂可以有多种方式，但是在不增加额外的机加工步骤的情况下难以可靠地完成该任务，额外的机加工步骤增加了与轴的制造相关的制造成本。
发明内容
根据当前公开，提供了一种改进的花键轴联接部和用于润滑该花键连接的密封件装置。具体地说，通过控制配合轴的界面处的密封件的构造和装配，能够有效地计量能够穿过密封件到达花键联接部的润滑剂的量。
该公开的一个方面是一种花键轴组件，该花键轴组件具有在连接界面处联接在一起的内轴和外轴。该内轴具有位于外表面处的至少一个外部花键，并且该外轴具有内部空腔，该内部空腔被构造成接纳所述内轴并与所述内轴配合，所述外轴具有位于内表面处的至少一个内部花键，所述至少一个内部花键被构造成在花键联接部处与所述内轴的至少一个外部花键接合。通道在所述内轴和所述外轴中的至少一个中设置在所述连接界面处。被构造成至少部分地被接纳所述在通道内的密封件限定了流体通路，所述流体通路被构造成用来对到达所述花键联接部的流体进行计量。
该公开的另一个方面提供了一种对到达花键联接部的润滑剂进行计量的方法。该方法包括提供如上所述的花键轴组件，并且向所述密封件的至少一侧提供流体源。
该公开的又一个方面提供了一种用于花键轴组件的密封件。该密封件可以具有对 称、环形的矩形横截面主体，该横截面主体具有第一侧面、第二侧面、内表面、外表面。所述密封件可以具有至少一个流体通路，该至少一个流体通路被构造成用于以限定速率对到达花键联接的流体进行计量。所述流体通路可以仅仅部分地在所述内表面和所述外表面之间沿着所述第一侧面延伸，并且可以仅仅部分地在所述第一侧面和所述第二侧面之间沿着所述内表面延伸。所述流体通路可以位于所述内表面和所述第一侧面之间的相交处。另外，所述流体通路形成凹入表面，该凹入表面在所述内表面和所述第一侧面的相交处具有最大径向尺寸。
在考虑到附图的详细描述之后将能更好地理解这里公开的改进的花键联接装置的这些以及其他目的和优点。
附图说明
图1是示例变速器的视图，该示例变速器包括根据当前公开的花键轴联接部；
图2是沿着图1的线2-2截取的花键轴联接部的剖视图；
图3是隔离出的图2的花键轴联接部的局部立体图；
图4是图3的花键轴联接部的分解视图；
图5是沿着图3的线5-5截取的剖视立体图；
图6是花键轴联接部的平面图；
图7是沿着图5的弧7-7截取的局部放大剖视图；
图8是用于图3的花键轴联接部的密封环的立体图；
图9是该密封环的平面图；
图10是沿着图9的弧10-10截取的密封环的局部放大平面图，示出了流体通路；
图11是示出了从图10的线11-11观察时的流体通路的局部俯视图；
图12是局部立体图，示出了沿着图10的线12-12截取的流体通路；以及
图13是剖视图，示出了从图9的线13-13观察时的密封环。
在如下详细描述中，在各图中将使用相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
如以上所讨论的，在各种情形下向诸如花键轴组件之类的两个旋转轴之间的联接部提供润滑都可以是有用的。例如，对被冲刷而通过两个轴构件之间的联接部的润滑 剂进行计量可能是有用的。为了引导润滑剂的流动路径，旋转轴之间的联接部可以具有一个或多个特征，这些特征包括通道、端口、通路、管道等等。然而，包括这些特征可能需要附加的机加工步骤，这些机加工步骤会增加与联接部的生产有关的制造成本。此外，即使具备了这些特征，可能仍然难以计量为了实现正确的润滑而到达接头处的润滑剂或其他流体。在一方面，不充分的润滑可能导致次优操作条件，而过度润滑可能增加操作成本并可能导致浪费润滑剂。随着对润滑的要求越来越精确，还会产生各种其他问题。
使用所公开的花键轴联接装置可以解决这些问题和其他问题。例如，对于位于外轴和具有至少一个外部花键的内周之间的花键联接部来说，可以在内轴和外轴之间的界面处布置通道。密封件可以布置在该通道中，从而密封件和通道的几何形状可以协作而计量穿过花键联接部的流体，诸如润滑剂。该密封件可以进一步包括用于提高对穿过花键联接部的润滑剂的计量的流体通路。
根据当前公开的花键轴联接装置可以构造成任何合适的形状和尺寸，以有效地计量到达花键联接部的润滑剂。例如，设置具有大体矩形横截面(例如，正方形横截面)的通道和密封件可以是有帮助的。在各种实施方式中，还可以使用多个密封件，其中一个或多个密封件定位在单个通道中。另选地(或附加地)，可以将多于一个的通道定位在内轴和外轴之间的界面处，其中在所述通道中的每个通道中定位至少一个密封件。另外，多个密封件可以具有相同或不同的横截面和尺寸。
所公开的密封件被示出和描述为与旋转花键联接部相关，因而可以使其与内轴和外轴一起旋转或不旋转。然而，这些密封件可以被布置成独立于内轴和外轴而旋转。还将认识到，其中省略了一个或多个花键的轴联接部的实施方式仍然可以具有布置在轴之间的界面处的密封件。此外，尽管这里的各种示例可能讨论针对行星齿轮装置使用密封件，但是将理解，用于计量润滑剂的密封件的原理也可以有用地应用于各种其他机械装置，包括各种其他变速器装置。
可以参照附图中所示的示例来理解当前公开的系统和方法。现在参照图1，在用于作业车辆(没有示出)的变速器100的环境中示出了当前公开的驱动轴10的示例实施方式。尽管图1中示出了变速器100，但是应理解，驱动轴10适合于用在其中期望传输转矩的任何系统中。此外，在当前公开中描述的密封件不仅可用于诸如驱动轴10之类的驱动轴，而且还可以一般应用于花键联接部。
参照图2，驱动轴10包括形成在内轴14和外轴18之间的接合花键处且在内轴14和外轴18的连接界面处被密封件16密封的花键联接部12。内轴14的第一端20包括围绕内轴14的外圆周以规则间隔分隔开的多个纵向脊部或外部花键22。为了与内轴14形成同轴联接，外轴18包括第一端24，第一端24具有尺寸大小适合于接收第一端20的至少一部分的内孔。第一端24包括围绕外轴18的内孔的内圆周以规则间隔分隔开的多个纵向脊部或内部花键26。内部花键26的尺寸被确定为并且被定位成与外部花键22互补和配合，以便在内轴14和外轴18之间有效地传递转矩。
尽管内轴14包括沿着内轴14的长度从第一端20仅仅延伸到中途的外部花键22，但是可以包括沿着内轴14的长度位于别处的外部花键22。例如，内轴14可以包括位于与第一端20相对的第二端28上、位于中间位置处或沿着内轴14的整个长度的外部花键22。与内轴14一样，可以在外轴18上的其他位置包括内部花键26。例如，外轴18可以包括内孔，该内孔具有位于与第一端24相对的第二端30上、位于中间位置处或沿着外轴18的整个长度的内部花键。此外，在当前公开的系统和方法的实现方案中，可以使用用于与另一个轴配合的任何数量或类型的花键或类似的内部或外部特征。
必要的话，驱动轴10可以还包括附加的特征或者采取另选构造以适应其中结合有驱动轴10的专门系统。在图1所示的示例中，内轴14包括内部轴向通路32，外轴18包括内部轴向通路34，内部轴向通路32和34彼此流体连通，并且还与润滑剂源连通，以向花键联接部12供应润滑剂。内轴14和外轴18可以还包括用于按规定线路引导润滑剂或其他流体的另外通路，并且可以具有联接至系统中的其他组成部件和将能量传递至系统中的其他组成部件或从其他组成部件接收能量的构造。
现在转到图3和4，可以看到，内轴14(不包括外部花键22)的外径小于外轴18(不包括内部花键)的内孔的内径。结果，在内轴14和外轴18之间的界面附近，密封件16的一部分是可见的。内轴14、密封件16和外轴18围绕驱动轴10的纵向旋转轴线同轴地定位。图4示出了具有大致对称环状的密封件16。环状密封件16还可以包括一个或多个特征部，诸如凹口、通路、凹槽、凸起等等。在该示例实施方式中，密封件16包括呈凹口边缘形式(参见图8至13)的流体通路36。在一个方面中，该流体通路36被构造成并且尺寸被确定为计量穿过密封件16的一种或多种流体，诸如润滑剂。
密封件16的大小适合于占据沿着内轴14的长度从外部花键22向内形成的圆周通道38。在驱动轴10的当前实施方式中，通过在内轴14的外表面中形成多个平行凹槽来提供外部花键22。所述凹槽从第一端20在纵向方向上延伸，并且随着凹槽接近通道38而渐缩，直到外部花键22与内轴14的外表面齐平。因而，外部花键22在到达通道38之前终止。
图5和6突出显示了花键联接部12，特别是内轴14和外轴18之间的界面。还示出了密封件16相对于内轴14和外轴18的位置。在图示的示例中，通道38接近外轴18的第一端24定位。密封件16存在于由外轴18的内孔和内轴14中的通道38限定的空腔内。从图5和6可以看出，外部花键22和内部花键26形成了紧密联接。然而，内轴14的第一端20的端面不一定接触外轴18的内表面。结果，在内轴14的第一端20的端面和外轴18的内表面之间存在空间40。
另外参照图7，密封件16被示出为具有大致正方形横截面，该横截面的宽度尺寸在平行于驱动轴10的轴向方向的方向上，垂直高度尺寸在径向方向上。密封件的宽度尺寸与通道38的宽度大致相等。然而，密封件16的高度尽管大致大于通道38的深度，但是具有如下尺寸，该尺寸大致小于由通道38的深度和外轴18的内孔限定的空腔的高度。更具体地说，对于具有圆形或环形构造的密封件16来说，密封件16可以具有内表面41和外表面42。内表面41与密封件16的内径一致，而外表面42与密封件16的外径一致。
在图示的示例中，密封件16的外表面42的尺寸使得密封件16与外轴18的内孔接触。然而，密封件的内表面41的尺寸被确定为使密封件16与通道38的基部分隔开，由此在内表面41和通道38的基部之间提供间隙。外表面42和外轴18之间缺少空间或内表面41和内轴14之间缺少间隙43可以对到达花键联接部的润滑油或其他流体的计量速率提供控制。从图7还可以看出，外轴18的内孔和内轴14的外表面之间的空间限定了沿着驱动轴10的纵向轴线位于密封件两侧的近端空腔44和远端空腔46。近端空腔44更接近于第一端20的端面定位，而远端空腔46远离第一端20的端面更接近外轴18的第一端24定位在密封件16的另一侧。
图8至13详细示出了两个流体通路36的位置和尺寸。尽管流体通路36可以包括许多形状和尺寸，但是在图示的示例中，流体通路36限定了与略微椭圆的四分之一半球大致对应的凹陷区域。第一流体通路36位于内表面41与密封件16的第一侧 面的相交处。第二流体通路36位于内表面41与第二侧面50(其与第一侧面48相反)的相交处。至少如图13所示，流体通路36可以围绕环形密封件16的圆周分隔开180°定位。然而，流体通路36还可以以其他相对角度定位。在一个示例中，第一流体通路36从第二流体通路36以大约180度±大约30度定位。此外，与图中所示定位在密封件16的相反面完全不同，流体通路36可以定位在密封件16的相同面，例如定位在第一侧面48。另选地(或附加地)，形成在密封件16中的流体通路36的数量可以改变。例如，在一些实施方式中，可以使用仅仅一个流体通路36，而在其他实施方式中，可以使用三个或更多个流体通路36。当使用多个流体通路36时，流体通路36可以以任何数量的空间关系定位。例如，流体通路36可以围绕密封件16的圆周相等地间隔开，或者它们可以不规则地间隔开。
如图10和12至13所示，第一流体通路36横跨密封件16的第一侧面48延伸，不过流体通路36在该方向上的尺寸可以略微小于密封件16的外表面42和内表面41之间的距离。如图11至13所示，在纵向/宽度尺寸上第一流体通路36延伸到密封件16内的深度小于密封件16的第一侧面48和第二侧面50之间内表面41的宽度。当密封件16定位在通道38中时，流体通路36可以向通道38的侧壁和内轴14的外表面(即通道38的基部)开口。在一个方面中，流体通路36可以与间隙43流体连通。此外，根据密封件16的取向，流体通路36可以与近端空腔44或远端空腔46流体连通。由于流体通路36可以仅仅部分地从内表面41朝向密封件16的外表面42延伸，流体通路36可以不向外轴18的内表面开口。因此，在所示的实施方式中，流体通路36可以能够进行流体计量，使得与密封件16的外表面42和外轴18之间的流动路径相比，流体优选通过密封件16的内表面41和内轴14之间。
参照图7，通道38的倒角边缘设置成使得流体通路36向近端空腔44和远端空腔46至少部分地开口。图7中所示的一个示例流动路径由在近端空腔44和远端空腔46中绘制的箭头所示。在一个方面中，流体可以从远端空腔46通过第二侧面50中的流体通路46传送。然后流体可以传送到通道38，更具体地说，传送到通道38的基部和内表面41之间的间隙43。当在间隙43中时，流体能够通过通道38围绕内轴14的圆周行进。当流体已经围绕通道38的圆周传送大约180度时，流体能够通过第一侧面48中的流体通路36行进，该流体通路36至少部分地向近端空腔44开口。然后可以将流体提供给花键联接部12。将认识到，所描述的示例流动路径可以是多个 可能流动路径中的一个，并且另选的流动路径也在当前公开的范围内。例如，所示的流动路径可以倒置，使得流体可以从近端空腔44通过第一侧面48和第二侧面50中的流体通路36传送到远端空腔46中。
作为附图中所示的流体通路36的另选方案(或附加方案)，在其他实施方式中，一个或多个流体通路36可以完全在第一侧面48和第二侧面50之间延伸。在一个方面中，流体通路36可以形成在内表面41中、外表面42中或内表面41与外表面42之间。在另一个实施方式中，密封件16可以包括纵向狭缝，从而密封件16形成具有一个或多个径向缺口(break)的不连续环。
在驱动轴10操作时，花键联接部12具体为外花键22和内花键26提供了内轴14和外轴18之间可靠的配合连接。因此，向内轴14和外轴18中的一个施加转矩导致所述转矩传递至内轴14和外轴18中的另一个。定位在通道38中的密封件16提供了作为外轴(即花键联接12)的第一端24的内部和外部的区域之间的流体屏障。然而，流体通路36使得能够对穿过密封件16的流体进行受控计量。例如，如果期望在驱动轴10的操作过程中向花键联接部12提供润滑，则润滑剂可以通过一个或多个流体通路36和间隙43在近端空腔44和远端空腔46之间传送。由于近端空腔44与内部花键26和外部花键22之间的界面是流体连通的，因此能够对到达花键联接部12或来自花键联接部12的润滑剂进行有效的计量。另选地或附加地，润滑在可以从内部花键26和外部花键22之间的界面传送到空间40。此外，可以如图2所示设置与空间40流体连通的通路，以进一步按规定线路引导润滑剂。
尽管当前公开已经就一个具体实施方式描述了花键联接部和密封件，但是可能的是所述驱动轴可以具有落入当前公开的范围内的其他构造。例如，通道可以在另选位置定位在驱动轴组件的内轴和/或外轴中任一个上。在一个方面中，通道可以位于花键长度的中间。在另一个方面中，花键联接部可以由定位一个或多个通道中的多个密封件密封。此外，所述一个或多个密封件可以包括诸如流体通路之类的多于一个的特征。例如，单独的密封件可以具有不同形状和尺寸的多个流体通路，以便实现期望的流体计量装置。
为了图示和描述的目的已经提供了本公开的描述，该描述并不是穷尽的或为了将该公开限于所公开的形式。在不脱离该公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对本领域技术人员将变得明显。选择并描述了在这里明确参照的实施方式是为了更好 地说明该公开的原理及其实际应用，并且使得本领域技术人员能够理解该公开并认识到对所描述的实施例的许多替换、修改和变化。
这里使用的术语仅仅用来描述具体的实施方式，并不是用来限制所述公开的范围。如这里使用的，单数形式“一”以及“所述”旨在用来也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解的是，术语“包括”和/“包含”当在该说明书中使用时规定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组成部件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、组成部件和/或上述的组合。
因而，除了明确描述之外的各种实施方式和实现也在随附的权利要求的范围内。